新研究提出了創新的方法來分析宇宙中最密集的恒星系統

在最近發表的一項研究中，由莫納什大學ARC引力波發現卓越中心(OzGrav)領導的一組研究人員提出了一種創新的方法來分析中子星合并產生的引力波，其中兩個恒星按類型進行區分(而不是質量)，具體取決于它們旋轉的速度。

中子星是密度極高的恒星物體，是在巨型星體爆炸并死亡時形成的—在爆炸中，它們的核心坍塌，質子和電子相互融合形成殘余的中子星。

2017年，LIGO和處女座引力波探測器首次觀測到兩個中子星GW170817的合并。這次合并是眾所周知的，因為科學家還能夠看到由它產生的光：高能伽馬射線，可見光和微波。從那時起，每天平均發表三本有關GW170817的科學研究。

今年1月，LIGO和處女座的合作宣布了第二次中子星合并事件，稱為GW190425。盡管未檢測到光，但此事件特別有趣，因為兩個正在合并的中子星比GW170817以及銀河系中先前已知的雙中子星要重得多。

科學家利用引力波信號(時空結構中的波紋)探測中子星對并測量其質量。這對中較重的中子星被稱為“初生”。較輕的是“中學”。

雙星中子星系統的循環慢速標記方案

雙星中子星系統通常以兩個普通恒星開始，每個恒星的質量大約是太陽的十到二十倍。當這些大質量恒星老化并耗盡“燃料”時，它們的生命會以超新星爆炸的形式結束，從而留下緊密的殘余或中子星。每個殘余中子星的重量約為太陽質量的1.4倍，但直徑僅為25公里。

長子誕生的中子星通常會經歷“回收”過程：它從配對星中積累物質，然后開始更快地旋轉。第二顆中子星不會積聚物質。它的旋轉速度也會迅速降低。預計到兩顆中子星合并(數億到數十億年后)時，再生中子星可能仍在快速旋轉，而另一顆未再生中子星則可能在緩慢旋轉。

雙星中子星系統可能形成的另一種方式是通過不斷改變稠密恒星團中的相互作用。在這種情況下，兩個不相關的中子星各自或在其他獨立的恒星系統中會合，配對并最終由于它們的引力波像一對幸福的夫妻一樣合并。但是，目前對恒星團的建模表明這種情況在合并中子星方面無效。

OzGrav博士后研究員，該研究的主要作者朱星江說：“提出雙星中子星系統的循環慢速標記方案的動機是雙重的。首先，這是中子星合并所期望的通用功能。第二，將兩個中子星分別標為初次和次級可能是不夠的，因為它們最有可能具有相似的質量，而且很難說哪一個重。

OzGrav的最新研究通過采用循環慢速方案對GW170817和GW190425進行了新的研究。結果發現，GW170817中的回收中子星僅在緩慢旋轉，甚至在緩慢旋轉，而GW190425的中子星則在快速旋轉，可能每15毫秒旋轉一次。還發現，兩個合并事件都可能包含兩個質量幾乎相等的中子星。由于GW170817幾乎沒有或沒有自旋的證據，并且中子星隨時間旋轉，因此研究人員推論，這種雙星可能需要數十億年的時間才能合并。這與它的稱為NGC 4993的宿主星系的觀測非常吻合，在過去的數十億年中幾乎沒有恒星形成活動。