最新研究表明黑洞和中子星碰撞會釋放大量能量

迄今為止，天文學家還沒有觀測到黑洞與中子星碰撞事件，一項最新研究表明，這種碰撞事件會釋放大量能量，但出乎意料的是，可能不會產生任何可以探測到的光線。

這些發現揭示了黑洞和中子星合并的關鍵細節——可探測光線數量和碰撞天體的質量，以及揭示合并的促成因素，例如：促使這些碰撞發生的動力學。

黑洞和中子星都是超新星災難性爆炸的恒星殘骸，超新星的爆發可使一顆恒星短暫地比星系中所有其他恒星更加明亮，當一顆恒星變成超新星時，其殘骸核心會在自身引力作用下崩塌。如果這個殘骸足夠大，就可能形成一個黑洞，其引力強大到光線都無法逃脫。質量較小的恒星內核會形成中子星，之所以這樣命名，是因為它的引力非常強，可以將質子和電子一起壓碎，形成中子。

到目前為止，科學家已證實黑洞之間以及中子星之間會發生合并，他們正在期待首次觀測黑洞與中子星的合并，這樣的碰撞事件有助于驗證恒星演化和愛因斯坦廣義相對論，是對太空引力作用的最佳描述。

研究人員有兩種方式見證黑洞和中子星碰撞合并，一是他們可以尋找碰撞發出的光或者電磁輻射類型，例如：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽瑪射線，二是他們可以勘測時空漣漪，即所謂的引力波。

目前，科學家已有了一個完整的理論框架，用于解釋雙星系統相對獨立狀態下形成的中子星和黑洞，它們發生碰撞合并會是怎樣的情況。之前研究表明，黑洞和中子星合并事件可能在一年時間里10億秒差距范圍內發生100次，10億秒差距相當于347億光年的空間范圍。

然而，當這些死亡恒星被密集的數百萬顆恒星包圍時，它們之間的相互作用仍有很多不確定因素，該情況可以證明與孤立合并事件有很大的差異。

通過24萬次計算機模擬試驗，模擬了中子星和黑洞在致密星團中的合并事件，重點研究了由中子星和伴星組成的雙星系統與黑洞發生碰撞，以及黑洞和伴星與一顆中子星發生碰撞的情景，改變了所有這些天體的質量和軌道，以及星團中其他恒星的基本屬性，例如：它們的元素構成和速度。

一項不同尋常的發現是，在稠密的星團中，黑洞和中子星可以合并而不產生任何可探測到的光，盡管合并仍會產生大量引力波。當中子星墜入黑洞，而沒有變成熾熱明亮的碎片時也會發生該情況，當黑洞的質量是太陽的10倍以上——大到足以吞噬中子星的時候，也會發生以上情況。

致密星團中黑洞與中子星發生合并事件與孤立合并事件的不同之處在于：它們通常存在質量更大的黑洞，其平均質量是太陽的20倍以上。相比之下，依據2018年發表在《皇家天文學會月刊》的另一項研究顯示，在黑洞與中子星之間的孤立合并中，黑洞質量通常是太陽的7倍左右，一般不會超過太陽質量的20倍。

該研究表明，如果黑洞和中子星碰撞事件是在致密星團中發生將具有獨特的性質，科學家可以利用這些性質將此類合并事件與孤立合并事件相區分。

歐洲航天局激光干涉儀空間天線(LISA)等引力波天文臺任務，可能探測到致密星團中的此類碰撞合并事件，但有一個前提是該事件發生的最遠宇宙距離是仙女座星系，這是銀河系最近的星系鄰居。隨著技術不斷發展，未來更先進的引力波天文臺可以探測到更遙遠的黑洞和中子星合并事件。