重力波的孿生黑洞可能誕生於一個單獨的恆星內

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2015年9月14日,LIGO從兩個合併中的黑洞偵測到重力波,顯示在這張畫家的概念圖。費米太空望遠鏡在0.4秒後,偵測到伽瑪射線爆發。新的研究認為,爆發的發生是因為兩個黑洞在一個單獨巨大的恆星裡生存和死亡。Credit: Swinburne Astronomy Productions

2015年9月14日美國雷射干涉儀重力波天文臺(LIGO),從合併中的兩個黑洞偵測到重力波。兩個黑洞分別為太陽質量的29倍和36倍。這樣的事件被期待是隱密的,但費米太空望遠鏡偵測到一個伽瑪射線爆發,就在LIGO偵測到重力波訊號後僅僅一秒鐘。新的研究認為,兩個黑洞可能已經駐進一個單獨巨大的恆星,恆星的死亡產生了伽瑪射線爆發。

哈佛-史密松天文物理中心(CfA)哈佛大學天文學家Avi Loeb說:”對等之下,這個宇宙現象像是一個懷孕的婦女,肚裡懷著一對雙胞胎。”

通常,當一個巨大恆星到達生命的盡頭時,它的核心會崩塌成一個單獨的黑洞。但如果恆星旋轉的非常快時,它的核心可能拉長成一個啞鈴形狀並碎成兩塊,每一塊形成自己的黑洞。

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正如這裡所需要的,一個非常巨大的恆星通常是形成於兩個較小恆星的合併,當它們旋轉在一起時,既然彼此間相互圍繞的速度越來越快,因此合併而產生的恆星,會被期待旋轉得非常快。

在這對黑洞形成後,恆星的外層會朝向它們衝進去。為了要驅動重力波事件以及伽瑪射線爆發,孿生黑洞必須靠在一起誕生,以地球大小般的最初分離狀況,在幾分鐘內合併。然後新形成的單獨黑洞開始進食掉進來的物質,每一秒鐘消化掉相當一個太陽的物質數量,推動物質噴流向外噴出,形成爆發。

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僅僅在LIGO偵測到重力波後的0.4秒,費米實驗室偵測到爆發,並且是從相同地區的普通天際。然而,歐洲國際伽瑪射線天體物理實驗室(INTEGRAL)伽瑪射線衛星並沒有證實這個訊號。

Loeb說:”即使費米實驗室的偵測是一個假的警訊,未來的LIGO事件應該要監視伴隨而來的光線,而不用考慮是否來自黑洞的合併。大自然總是能夠使我們驚訝。”

如果伽瑪射線爆發是被偵測到來自於重力波事件,在量測宇宙距離和宇宙膨脹上,他們將提供一個大有可為的新方法。藉由發現伽瑪射線爆發的餘暉和量測它的紅外移,然後比較從LIGO來的單獨距離量測,天文學家能精準地抑制宇宙參數。Loeb說:”太空物理學的黑洞是比其他的距離指標器更為簡單,像是超新星,因為它們僅由它們自己的質量和旋轉速度所完全定義。”

This is an artist's impression of supernova 1993J, an exploding star in the galaxy M81 whose light reached us 21 years ago. The supernova originated in a double-star system where one member was a massive star that exploded after siphoning most of its hydrogen envelope to its companion star. After two decades, astronomers have at last identified the blue helium-burning companion star, seen at the center of the expanding nebula of debris from the supernova. The NASA/ESA Hubble Space Telescope identified the ultraviolet glow of the surviving companion embedded in the fading glow of the supernova. Links:  NASA Press release Spiral galaxy M81 Supernova 1993J in spiral galaxy M81 Supernova 1993J Scenario for Type IIb supernova 1993J

德州大學奧斯汀分校的Volker Bromm單獨評論:”這是一份議題設定的報告,在LIGO最初(重力波)發現之後的重要時期,很可能刺激強有力的後續研究工作,它的挑戰是揣摩它整個的含意。如果歷史是一個指南,Loeb主張的’多重訊息者’的方法,使用重力波和電磁輻射,再次允諾在非凡的LIGO來源的物理本質上,進入更深層的洞悉。”

這份研究已經被太空物理學期刊通訊(The Astrophysical Journal Letters)接受出版,並且已經在線上發表。

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來源: Phys.org