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银河系中发现:迄今最大质量的两颗中子星碰撞,还能生引力波?

来自宇宙事件GW190425的引力波告诉我们,无论是通过无线电波还是引力波天文学,中子星双星都比之前通过无线电波或引力波天文学观测到的任何中子星双星都要大。

一个国际科学研究团队探测到两颗中子星碰撞产生的引力波信号,但这一名为GW190425的事件令人费解:这两颗中子星的质量总和比任何其他观测到的双星中子星系统都要大,总质量是太阳质量的3.4倍。如此巨大的中子星双星在银河系中还从未见过,科学家一直对它是如何形成的感到困惑,但现在来自ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)的一组天体物理学家有答案了。

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双星中子星在围绕彼此运行时会发出引力波(时空中的涟漪),科学家们可以在中子星合并时探测到这些波,而引力波包含有关中子星的信息,包括质量。来自宇宙事件GW190425的引力波告诉我们,无论是通过无线电波还是引力波天文学,中子星双星都比之前通过无线电波或引力波天文学观测到的任何中子星双星都要大。莫纳什大学的OzGrav博士生伊泽贝尔·罗梅罗-肖领导的一项研究提出了一种形成通道。

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可以解释这种双星的高质量,以及用传统射电天文学技术无法观测到类似系统的事实。GW190425是通过一个叫做‘不稳定情况BB质量转移’的过程形成,这个过程最初定义于1981年。它始于一颗中子星,它有一个恒星伙伴:一颗具有碳氧核的氦(He)星,如果恒星的氦部分膨胀到足以吞没中子星,这个氦云最终会在消散之前将双星推向更近的距离,然后,恒星的碳氧核就会爆炸成超新星。

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以这种方式形成的双中子星可,能比通过无线电波观测到的中子星质量要大得多。它们在超新星爆发后合并得非常快,使得它们不太可能在射电天文观测中被捕捉到。研究指出,不稳定情况下BB质量转移的过程,可能是大质量恒星系统如何形成的。OzGrav研究人员还使用了一种新开发的技术,测量双星的偏心率,即恒星系统的轨道形状偏离圆周的程度,发现与不稳定情况下的BB传质一致。

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目前的地面引力波探测器不够灵敏,无法精确测量偏心率;然而,未来的探测器,比如定于2034年发射的天基探测器丽莎(Lisa)-将能让科学家做出更准确的结论。另外双星黑洞被认为主要通过两个通道形成:孤立演化和动态形成。双星黑洞系统的分量质量、自旋和偏心率为其形成历史提供了线索。其偏心率,可能是动态形成的标志,利用自旋排列的偏心波形模型SEOBNRE,对LIGO和Virgo的第一个引力波瞬态星表中的双星黑洞合并事件偏心率进行了贝叶斯推断。

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研究发现所有这些事件都符合零偏心率。在参考频率情况下,将偏心的上限设置在0.02%到0.05%范围内,置信度为90%。这些上限并不显著地限制球状星团中动态形成的LIGO-Virgo事件比例,然而,由于引力波瞬变星表将在未来的时间里急剧扩大,可能很快就有可能通过偏心率测量。

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