最近，科學家們在宇宙中發現了一顆神秘的引力波源，來自于一顆黑洞的饕餮事件。可是，對于那顆被黑洞吞噬的天體，科學家們卻犯了難，甚至完全不知道它到底是一顆黑洞，還是一顆中子星。

（圖片說明：新發現天體的神秘身份讓科學家犯了難）

事情還要從去年8月說起，當時激光幹涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)合作發現了一顆黑洞吞噬中子星的事件。可是，這次名為GW190814到現在反而出現了重重迷霧，因為他們對于那顆被吞噬天體的身份，産生了深深的懷疑。而讓科學家存疑的關鍵，就在于它的質量。這事，還要從恒星的演化說起。

我們都知道，中子星和黑洞都是大質量恒星死亡後留下的緻密星。

理論上說，一顆質量為太陽8-30倍的恒星在超新星爆發後，會将絕大部分物質吹散到宇宙空間，隻留下一個核心。對于這種恒星來說，即使是殘留的核心也非常重，質量可以超過太陽的1.4倍。在這個過程中，電子簡并壓已經承受不住巨大的壓力，導緻電子被擠壓進原子核，與原子合并為中子，于是就形成了中子星。

同時，原質量大于太陽30倍的恒星爆發後，殘留的内核質量也将突破托爾曼·奧本海默·沃爾科夫極限(TOV極限)，也就是我們說的奧本海默極限。在這種情況下，這顆内核就會繼續坍縮，變成一個黑洞。

（圖片說明：奧本海默極限是區分黑洞與中子星的臨界點）

這個說法已經足夠明确：中子星的質量不會超過奧本海默極限，黑洞也不可能比這個極限質量更小。然而實際情況是：我們目前還沒發現過臨界值附近的中子星或者黑洞，從沒有一顆質量超過太陽2.3倍的中子星或者小于太陽5倍質量的黑洞被發現。很多人甚至猜測，在中子星和黑洞之間，可能還有一種叫做誇克星的天體。對于這個斷層，科學家稱之為質量空白（mass gap）。

GW190814的出現，填補了這個空白，卻也帶來了新的問題。

通過引力波的探測，科學家發現，GW190814中較大的黑洞質量約為太陽的23倍，是一顆典型的恒星級黑洞。而另一顆的質量則是太陽的2.6倍，十分接近臨界值。

這個數字讓它的身份非常尴尬，讓科學家很難下結論：我們發現的到底是最大的中子星，還是最小的黑洞呢？

伊利諾伊州西北大學的天體物理學家Vicky Kalogera表示：“這顆神秘的天體可能是與黑洞合并的中子星，這種可能值得期待，但是又未完全證實。它的質量是太陽的2.6倍，超過了現代對于中子星質量上限的預測，反而可能成為史上最輕的黑洞。”

科學家之所以有這樣的困惑，就在于沒有人知道奧本海默極限到底是多少。此前我們認為大約是太陽質量的3倍，但目前的理論認為它介于太陽質量的2.2-2.4倍之間。

2017年，天文學家同樣是借助LIGO和Virgo合作的項目，發現了中子星合并事件GW170817。其中一顆中子星的質量被測定為太陽的2.7倍，也超過了奧本海默極限，但最終被證明數據有誤，實際質量隻有太陽的2.3倍。

（圖片說明：藝術家模拟GW190814的動畫）

科學家認為，質量落在這個範圍内的天體，本就有可能在兩種形式的緻密星中都有存在。本次觀測GW190814的團隊就計算得出：如果按照太陽質量的2.3倍來算，那麼這顆天體是中子星的概率僅有3%。研究人員也在論文中指出：“GW190814可能不是中子星-黑洞結合的産物，雖然我們初步分析後給出了這樣的分類。不過即便如此，由于（奧本海默極限的）尚未确定，所以伴星是中子星的可能性也不能完全消除。”

實際上，GW190814帶來的疑惑還不止這一個。更加讓科學家們頭疼的，還在後面。

（圖片說明：GW190814黑洞吞噬中子星的模拟動畫）

在此之前，我們利用引力波發現的緻密星合并事件都是在兩顆質量比較接近的天體之間發生的。今年早些時候，科學家發現一對質量比達到3:1的天體合并事件就已經非常興奮了，而GW190814則更加誇張，達到了9:1。

根據現有的理論，這樣的雙星系統形成大概有兩種模式。

• 兩顆恒星誕生于同一片星雲，一起度過一生然後死亡，留下兩具殘骸；
• 二者各自獨立形成，但是後來走到了一起，成為了“半路夫妻”。

（圖片說明：藝術家模拟引力波發現的極不對稱的撞擊事件畫面）

問題在于，不論是這兩種理論中的哪一個，都不太可能會出現如此懸殊的質量比。考慮到GW190814被發現的時候，距離人類第一次發現引力波（2015年）才隻有4年的時間，我們有理由相信這樣的情況在宇宙中可能非常常見。這意味着，我們的理論再一次遭到了挑戰。

同時，這樣的質量差也給這次合并事件更增加了一層神秘的面紗。如果質量相對比較接近，我們可以探測到二者合并過程中的“激烈搏鬥”。而這樣懸殊的質量差，用Kalogera的話說，簡直就是遊戲裡的小人吃豆豆，小的天體一下子就被大的天體吞噬，根本沒有留下太多可以觀測的信息。

（圖片說明：科學家對利用引力波發現的天體撞擊事件彙總圖片，看得出來絕大部分的質量差距都極小，而本次發現的GW190814位于中間，質量差距非常驚人）

而且，GW190814發生在大約8億光年以外，如此遙遠的距離也給觀測帶來了一定的難度。要知道，2017年時我們觀測到的一次雙中子星合并，不僅釋放出可以探測的閃光，而且距離也隻有這一次的1/6。

我們不太可能通過GW190814來獲得本次合并的信息，如果想要破解這些謎題，隻能通過發現更多類似的緻密星合并事件來尋找蛛絲馬迹。包括所謂的質量空白，或許隻是因為我們的觀測還不夠多，也許越來越多2.3-5倍太陽質量之間的緻密星會在未來被發現。

（圖片說明：藝術家模拟兩個質量相差9倍的黑洞螺旋合并過程中的畫面）

可以肯定的是，這一次事件暗示着一個非常廣闊的未來，我們還有大量的理論需要建立，或者是重建。關于宇宙，我們還有太多的課需要上。如果宇宙是一條河，我們所掌握的知識，可能就隻是一粒沙吧……

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