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宾州州立大学新闻

LIGO-Virgo网络捕捉到了另一次中子星碰撞

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艺术家对两颗相互碰撞的中子星的再现

大学公园,爸爸。——根据包括宾夕法尼亚州立大学研究人员在内的一个国际团队的最新研究,利戈·利文斯顿天文台在2019年4月25日探测到的引力波很可能是由两颗中子星碰撞产生的。这是第二次通过引力波观测到这种类型的事件。在这种情况下,产生2019年4月事件的源——被称为GW190425——的总质量比任何其他已知的中子星双星都要大。该系统的质量高得出乎意料,这可能指向一类新的双中子星系统。

中子星是垂死恒星的致密残余,它们在生命结束时发生灾难性爆炸。当两颗中子星螺旋运动在一起时,它们会发生剧烈的融合,并通过空间和时间的结构产生引力震动。

首次观察到的中子star-neutron明星合并,发生在2017年8月,标志着第一次引力波和光线都检测到相同的宇宙事件,预示着一个新时代的多信使天文学不同类型的信号同时见证了。相比之下,2019年4月的合并并没有发现任何光线。然而,通过对引力波数据的分析,研究人员发现碰撞产生了一个质量异常高的物体。

“对双星合并的第二次观测巩固了我们的知识,即我们应该多久会看到这样的系统,”宾夕法尼亚州立大学博士后研究员、LIGO团队成员Surabhi Sachdev说。

GW190425是由宾夕法尼亚州立大学(Penn State)重力波研究小组的研究人员开发和操作的一项分析在近实时检测到的。

LIGO团队成员、宾夕法尼亚州立大学的研究生帕特里克·戈德温(Patrick Godwin)说,“最近一次的LIGO- virgo观测运行,是首次对引力波事件发出完全自动化的公共警报。”“为了让天文学家能够对类似GW190425这样的事件进行快速跟踪,开发能够实时检测并发出引力波警报的网络基础设施至关重要。”

结果发表在1月6日的新闻发布会上,在火奴鲁鲁召开的美国天文学会第235次会议上,夏威夷,LIGO科学合作,一个团队包括宾夕法尼亚州立大学的研究人员,和处女座协作,与处女座引力波探测器在意大利。

单检测型事件

2017年8月,两个LIGO探测器——一个在路易斯安娜州的利文斯顿,一个在华盛顿的汉福德——以及世界各地的许多光基望远镜共同见证了中子星的合并。(中子星碰撞产生光,而黑洞碰撞通常被认为不会产生光)。尽管室女座的数据中并没有清晰地显示出这种合并,但这种不可见性提供了关键信息,最终确定了事件在天空中的位置。

相反,2019年4月的事件最初是由LIGO Livingston探测器的数据确定的。当时LIGO汉福德探测器暂时处于离线状态,在超过5亿光年的距离上,这一事件太过微弱,无法从Virgo的数据中看到。然而,使用利文斯顿的数据,结合来自处女座亚阈值数据的信息,研究小组将事件的位置缩小到一块超过8200平方度的天空,大约是天空的20%。相比之下,2017年8月的活动范围缩小到只有16平方度,即天空的0.04%。

“如果没有第三个探测器,我们无法准确定位双星系统在天空中的位置,这使得寻找电磁对撞机变得更加困难,”宾夕法尼亚州立大学研究生、LIGO团队成员瑞安·马吉(Ryan Magee)说。

令人惊讶的大质量中子星双星

来自2019年4月事件的LIGO数据显示,合并天体的总质量约为太阳质量的3.4倍,而我们星系中已知的双星系统的总质量仅为太阳质量的2.9倍。对异常高质量的一个可能的解释是,碰撞不是发生在两个中子星之间,而是发生在一个中子星和一个黑洞之间,因为黑洞比中子星重。但如果是这样的话,这个黑洞对于它的同类来说就会非常小。相反,科学家认为LIGO更有可能是两颗中子星的碰撞。

“我们从数据中知道的是质量,单个的质量最有可能对应中子星。然而,作为一个双中子星系统,总质量比任何其他已知的银河系中子星要高得多。“这可能会对这对恋人最初是如何形成的产生有趣的暗示。”

中子星对的形成被认为有两种方式,一种是大质量恒星的双星系统,每一种都以中子星的形式结束生命,另一种是两颗单独形成的中子星在稠密的恒星环境中相遇。LIGO为2019年4月的活动提供的数据并没有表明哪一种情况更有可能发生,但它们确实表明,需要更多的数据和新的模型来解释合并的高质量。

“这个双星中质量更大的伴星可能是迄今为止发现的最重的中子星,也可能是最轻的黑洞,”埃尔斯巴赫物理学教授、宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授b·s·萨塔普拉卡什(B.S. Sathyaprakash)说。“我们不知道是哪种情况。引力波探测器正继续进行着有趣的发现,为观测宇宙打开了一扇新窗户。”

LIGO在宾州州立大学的研究得到了国家科学基金会的支持,并在引力与宇宙研究所以及计算与数据科学研究所内进行。宾夕法尼亚州立大学LIGO小组的教师、学生和博士后都是埃伯利科学学院物理、天文学和天体物理系的成员。

关于引力波天文台的补充信息:

LIGO由美国国家科学基金会(NSF)资助,并由加州理工学院麻省理工学院运营。先进LIGO项目的财政支持由国家科学基金会牵头,德国(马克斯·普朗克学会)、英国(科学技术设施理事会)和澳大利亚(澳大利亚研究理事会- ozgrav)对该项目作出了重大承诺和贡献。来自世界各地的大约1300名科学家通过LIGO科学合作组织(包括GEO合作组织)参与了这项工作。其他合作伙伴的列表可从https://my.ligo.org/census.php获得。

Virgo项目目前由来自11个不同国家的99个研究所的大约520名成员组成,这些国家包括比利时、法国、德国、匈牙利、意大利、荷兰、波兰和西班牙。欧洲重力观测站(EGO)在意大利比萨附近安装了室女座探测器,该观测站由法国国家科学研究中心(CNRS)、意大利国家科学研究中心(INFN)和荷兰Nikhef资助。Virgo协作组的列表可以在http://public.virgo- gw.eu/virgo -collaboration/找到。更多信息可以访问Virgo网站http://www.virgo-gw.eu。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.psu.edu/story/604660/2020/01/20/research/ligo-virgo-network-catches-another-neutron-star-collision