在中子星雙星系統(tǒng)形成的后期階段，巨星膨脹并吞沒(méi)中子星伴星，這一階段被稱為“共包層演化”（a）。包層的拋射使中子星處于一個(gè)近距離靠近包層剝離星的軌道上。該系統(tǒng)的演化取決于質(zhì)量比。質(zhì)量相對(duì)較小的剝離星會(huì)經(jīng)歷額外的質(zhì)量傳遞階段，使自身進(jìn)一步剝離，同時(shí)使伴星加快自旋成為脈沖星，在銀河系中觀測(cè)到的中子星雙星系統(tǒng)和 GW170817 便是這種類型（b）。質(zhì)量較大的剝離星不會(huì)如此膨脹，從而避免進(jìn)一步剝離和被伴星吸收，最終形成如 GW190425 的雙星系統(tǒng)（c）。對(duì)于質(zhì)量更大的剝離星，則會(huì)形成黑洞-中子星雙星系統(tǒng)，如 GW200115 （d）
北京時(shí)間 10 月 28 日消息，2017 年，科學(xué)家第一次證實(shí)了引力波的存在，在“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）和引力波觀測(cè)領(lǐng)域做出決定性貢獻(xiàn)的三位物理學(xué)家也因此獲得當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)。如今，對(duì)引力波的探測(cè)仍在不斷帶來(lái)新的物理學(xué)成果，但也引出了更多的問(wèn)題。
對(duì)引力波的探測(cè)也帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)，比如如何找出引力波產(chǎn)生的原因。這聽(tīng)起來(lái)似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，但回答起來(lái)卻困難得多。近日，丹麥哥本哈根大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)恒星死亡的模型，他們認(rèn)為該模型將有助于解釋一些以前無(wú)法解釋的發(fā)現(xiàn)，并提出在一個(gè)特定的星系中，大質(zhì)量中子星的數(shù)量要比此前認(rèn)為的多得多。
在物理學(xué)研究中，科學(xué)家經(jīng)常會(huì)收集到一些似乎不符合當(dāng)前科學(xué)理論的數(shù)據(jù)。例如，在 LIGO 第二次探測(cè)到引力波時(shí)，就出現(xiàn)了一些令人意想不到的數(shù)據(jù)。通常情況下，LIGO 會(huì)記錄兩個(gè)大密度物體 —— 比如黑洞和中子星 —— 碰撞所產(chǎn)生的引力波，即時(shí)空漣漪。在 LIGO 第二次確定的記錄中（最初記錄于 2019 年，現(xiàn)在被稱為 GW190425），數(shù)據(jù)所指向的引力波來(lái)源是兩顆正在合并的中子星，但它們的質(zhì)量大得驚人。
在以往的觀點(diǎn)看來(lái)，常規(guī)的中子星是很難“看到”的。中子星通常是在超大質(zhì)量恒星向內(nèi)坍縮后才形成的，這一點(diǎn)與它們的“近親”黑洞相似。不過(guò)，它們偶爾也會(huì)形成脈沖星，這是宇宙中最引人注目的恒星形態(tài)之一。通常情況下，唯一能觀測(cè)到一個(gè)雙星系統(tǒng)（比如 GW190425 引力波信號(hào)的源頭）的條件是，該系統(tǒng)的兩顆恒星中有一顆是脈沖星，并與鄰近的常規(guī)中子星發(fā)生相互作用。然而，在已知的中子星雙星系統(tǒng)中，科學(xué)家并沒(méi)有找到具有足夠質(zhì)量，同時(shí)又能匹配 LIGO 所探測(cè)信號(hào)的系統(tǒng)。
研究者認(rèn)為，之所以缺少這樣的恒星，部分原因是較大的恒星在死亡時(shí)變成了黑洞，而不是中子星。然而，這些引力波信號(hào)的確來(lái)自正在合并的大質(zhì)量中子星，而不是黑洞碰撞。那么，是什么導(dǎo)致了這些大型中子星的形成？為什么它們沒(méi)有和脈沖星成對(duì)出現(xiàn)？
答案可能在于一類被稱為“剝離星”（stripped star）的恒星。這些星體也被稱為“氦星”，它們只在雙星系統(tǒng)中形成，其氫外殼會(huì)被系統(tǒng)中的另一顆恒星推開(kāi)，留下一個(gè)純氦內(nèi)核。研究小組對(duì)這類恒星進(jìn)行了模擬，試圖了解它們?cè)诔滦潜l(fā)后會(huì)發(fā)生什么。這取決于兩個(gè)因素，一是剩余內(nèi)核的質(zhì)量，二是超新星爆炸的強(qiáng)度。
研究小組通過(guò)恒星演化模型發(fā)現(xiàn)，對(duì)于氦星而言，其部分氦外層會(huì)在超新星爆炸中被拋出，使恒星質(zhì)量降低至無(wú)法演變?yōu)楹诙吹某潭?。這或許可以解釋大質(zhì)量中子星的起源，但它們?yōu)槭裁丛趲в忻}沖星的雙星系統(tǒng)中不那么明顯呢？
回答這一問(wèn)題，我們需要了解雙星系統(tǒng)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程 —— 質(zhì)量傳遞。通常情況下，雙星系統(tǒng)中的一顆恒星會(huì)有部分物質(zhì)流向另一顆質(zhì)量更大的恒星，這個(gè)過(guò)程就被稱為質(zhì)量傳遞。在中子星系統(tǒng)中，這種質(zhì)量傳遞有時(shí)會(huì)使中子星加快自旋，成為脈沖星。然而，恒星的氦核越大，發(fā)生質(zhì)量傳遞的可能性就越小。因此，對(duì)于形成大質(zhì)量中子星的系統(tǒng)，不太可能最終演變成一個(gè)帶有脈沖星的雙星系統(tǒng)；這些中子星更有可能保持自己的質(zhì)量，而不是將質(zhì)量轉(zhuǎn)移到它們的伴星上，使后者成為脈沖星。
LIGO 所獲得的其他數(shù)據(jù)也支持這一理論。在宇宙中，大質(zhì)量中子星的合并似乎與質(zhì)量相對(duì)較小的中子星與脈沖星的合并一樣常見(jiàn)。由大質(zhì)量中子星所組成的雙星系統(tǒng)是可能存在的，只不過(guò)通常的探測(cè)方法無(wú)法“看見(jiàn)”它們。不過(guò)，在 LIGO 的幫助下，我們至少可以探測(cè)到這些系統(tǒng)何時(shí)發(fā)生了合并，這是朝著真正了解它們邁出的重要一步。
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