是否有黑洞:中子星碰撞的天体物理学

中子恒星合并

艺术表示:在中子恒星的合并中,发生极端温度和密度。信用:Dana Berry,Skyworks Digital,Inc。

GSI科学家和国际同事的新研究潜在地调查了黑洞形成中子星合并。计算机仿真表明,密集核物质的特性起到了至关重要的作用,直接将天体物理合并事件与GSI和公平的重离子碰撞实验联系起来。将在未来的公平设施中更准确地研究这些性质。结果现已发表在物理审查信中。凭借2020年诺贝尔物理学奖,为黑洞的理论描述,用于在我们的银河系中发现超级分类对象,目前还收到了很多关注。

但是在什么条件下a黑洞实际上是什么?这是在国际合作中,在达姆施塔特的GSIHelmholtzzentrumfürschwerionenforschung的核心问题。使用计算机模拟,科学家们侧重于特定的过程来形成黑洞,即两个中子恒星的合并(下面的仿真动画)。

中子星由高度压缩的高密度物质组成。太阳质量的1。5倍被压缩到只有几公里的大小。这相当于与原子核内部的密度相似,甚至更高。如果两颗中子星合并,物质会在碰撞过程中被进一步压缩。这使得合并残余处于崩溃成黑洞的边缘。黑洞是宇宙中最致密的物体,即使是光也无法逃逸,所以这些物体不能被直接观察到。

“关键参数是中子星的总质量。如果超过一定的阈值,黑洞崩溃是不可避免的”GSI理论部门的Andreas Bauswein博士总结道。然而,确切的阈值质量取决于高密度核物质的性质。具体来说,高密度物质的这些特性还没有被完全理解,这就是为什么像GSI这样的研究实验室会碰撞原子核——就像中子星合并,但规模要小得多。事实上,重离子碰撞导致的情况与中子星合并非常相似。根据理论发展和物理重离子实验,计算中子星物质的某些模型,即所谓的状态方程是可能的。

利用大量的这些状态方程,这项新研究计算出了黑洞形成的临界质量。如果中子星物质和核物质分别是容易压缩的——如果状态方程是“软的”——相对较轻的中子星的合并已经导致了黑洞的形成。如果核物质“更硬”、更不易压缩,那么残余物质就会稳定下来,以对抗所谓的引力坍缩,碰撞后会形成一个巨大的旋转中子星残余物质。因此,塌缩的临界质量本身就反映了高密度物质的特性。新的研究进一步揭示了坍缩的阈值甚至可以阐明在碰撞过程中核子是否溶解到它们的组成部分夸克中。

希腊塞萨洛尼基亚里斯多德大学物理系教授Nikolaos Stergioulas补充说:“我们对这些结果感到非常兴奋,因为我们预计未来的观测可以揭示阈值质量。”就在几年前,人们第一次通过测量观测到了中子星合并引力波从碰撞。望远镜还发现“电磁对手”并检测来自合并事件的光。如果在碰撞期间直接形成黑洞,则合并的光学发射非常暗淡。因此,观察数据指示是否创建了黑洞。同时,引力波信号携带关于系统总质量的信息。恒星越大越大,引力波信号,因此允许确定阈值质量。

在引力波探测器和望远镜等待下一次中子星合并的同时,达姆施塔特的过程正在进行,以获取更详细的知识。GSI目前正在建设的新加速器设备博览会,将创造出与中子星合并更为相似的条件。最后,只有将天文观测、计算机模拟和重离子实验结合起来,才能解决物质的基本组成部分及其性质的问题,而且,通过这种方法,他们也将阐明黑洞坍缩是如何发生的。

引用:《物理学评论快报》,Andreas Bauswein, Sebastian Blacker, Vimal Vijayan, Nikolaos Stergioulas, Katerina Chatziioannou, James A. Clark, Niels-Uwe F. Bastian, David B. Blaschke, Mateusz Cierniak and Tobias Fischer, 2020年9月30日。
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.141103

8评论论“有无黑洞:中子星碰撞的天体物理学”

  1. 我想如果我是科学家,我会更关注海洋和地球的健康。大自然母亲正处于极大的危险之中。不幸的是,我们一直在倾倒垃圾,试验武器,在海洋里泄漏石油海洋是地球的心脏。这个星球上95%的生命都依赖海洋。有两个巨大的垃圾岛和德克萨斯州一样大。我们的政府似乎没有采取任何措施。我知道我们的军队已经在海洋里倾倒垃圾很多年了。我们为什么不在这里回收呢?你知道瑞士用塑料为整个国家供电吗?希望我们的科学家能去一趟瑞士,看看聪明的人是怎么打发时间的。

    • 科学涵盖了广阔的面积,相互加强。例如。今天在医学中使用X射线和正态的发现 - 谁知道夸克Phyics中的发现明天可以做些什么。

      欧洲和美国的地球科学项目都在迅速发展。为什么?今天早些时候,我开始观看昨天哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星的发射视频,因为它是SpaceX的陆地返回,并留在美国宇航局主持的科学报道。前后期的惟一名称采用NASA地球科学部主任迈克尔·弗赖利克,主要在美国和欧洲卫星高度计合并程序,把更好的高度计跟随美国老Jason-3这样可以无缝的数据捕获和校准移交给新的卫星。(5年后,下一个哨兵将建成。)

      该计划是 - 为美国宇航局 - 家庭友好和国际合作社,包括Freilich的幸存子女,也是科学家和教育工作者,以及一位年轻的孙子谈到了科学的紧迫性。对于美国媒体竞技场,由于该男子造成了全球变暖,海平面测量和对更快速的海洋崛起的相关观察,海平面测量是至关重要的。Sentinel-6也将首次可接受地解决海岸地区,并为全球人口的海上城市部分靠近海上城市部分提供更好的飓风/海啸预测。

      科学和社会可以在两种情况下同时走路和咀嚼泡泡糖胶,结果会更好。为什么你在面对全球问题的情况下提到各国政府和军队的无关紧要。人们可以询问为什么科学(或政府或军队)在这里或那里重点集中,但回收不是计算机天体物理学家的问题 - 它是他们的国民和大学数据中心的问题,提供了高力昂贵的设备。

  2. 一种特殊的原子钟能探测到时空的变化吗?

    • 是的,这个实验在70年代就已经做过了。

      “Hafele-Keating实验是对相对论理论的测试。1971年10月,Joseph C. Hafele,物理学家和Richard E. Keating,Antronomer,乘坐商业客机上的四个铯束原子钟。他们在世界各地飞两次,前向东两次,然后向西,并将时钟与其他留在美国海军天文台的时钟。当团聚时,发现这三套时钟彼此不同意,他们的差异与特殊和一般相对性的预测一致。“[“Hafele-Keating实验”@ Wikipedia]

      事实上,您的GPS为您完成了它,以便保持其时间戳正确。

      1955年,弗里德沃特·温特伯格提出了一个广义相对论的测试——利用放置在人造卫星轨道上的精确原子钟来检测强引力场中的时间变慢。狭义和广义相对论预测,全球定位系统卫星上的时钟会比地球上的时钟每天快38微秒。GPS计算的位置很快就会出现误差,累积到每天10公里(6英里/天)。这在GPS的设计中得到了纠正。[“全球定位系统”@维基百科]

      如果你指的是这些中子星合并,我肯定有很多相对论效应,从夸克物理一直到合并模拟和观察。但这需要很多科学知识!

  3. Lea的评论非常相关。由于其表面上的Températion条件,蓝色的星球归因于液态的水分。我们庇护正在通过过剩的污染来破坏我们的环境,所有这些都在现在被记录下来。唯一的问题是非常艰难的转向更掌握的生活方式,特别是在很多人和那么快的人中。可能所有科学家都不能解决这个问题,即使他们可以,它也不确定他们的解决方案是可以接受的,只需因为在知识中非常快速,更好的解决方案将迟早不可避免地弹出。我们只需要耐心且自信这些人正在尽最大努力,即使有些人似乎没有人知道在哪里,目前在偏远的恒星对象中。但事实上,他们看出宇宙中释放巨大权力的最佳水平(所谓的夸克罪排序)希望这可以适应我们的情况。回想一下,这是今天成为现实的现实,与您在报纸中看到的M'AayantGavé一样的热核融合。

    • 感谢你的深刻评论!科学家的任务不是完全靠他们自己来解决社会问题——尽管有时他们或多或少地做了[比如,大流行性流感快速疫苗的开发]——但是他们可以提出解决方案,并在有资源的情况下支持它们。

      顺便说一下,有趣的错位 - 是你的第一语言法语(但我不认为它完全是完全的,我只认识到“M'ayant”]或者软​​件做了对你的作用吗?

  4. “采用许多国家方程式,新的研究计算了黑洞形成的阈值量。”

    此处示出了阈值[//www.m101w.com/wealth-of-discoveries-from-gravitational-wave-data-leads-to-most-detailed-black-hole-family-portrait/在合并的引力波观测中,进入或流出物体的2-5个太阳质量之间的灰色物体质量区域[“恒星墓地的质量”;图中显示的是通过引力波探测到的黑洞(蓝色)、中子星(橙色)和性质不确定的致密物体(灰色)。”。)

  5. 我对太空很感兴趣,尤其是黑洞

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