天体物理模拟预测坍缩恒星将产生新的可探测引力波源

一颗巨大、快速旋转的恒星的死亡会震动整个宇宙。根据8 月 22 日发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究，由此产生的涟漪(即引力波)可能会被地球上的仪器感受到。研究人员预测，这些新的引力波源有待发现。

引力波是在质量为太阳 15 至 20 倍的高速旋转恒星剧烈死亡后产生的。这些恒星耗尽燃料后会内爆，然后，这一事件被称为坍缩星。这留下一个黑洞，周围环绕着一大盘剩余物质，这些物质会迅速旋转进入黑洞的嘴里。物质的螺旋运动(仅持续几分钟)非常剧烈，以至于扭曲了周围的空间，产生了穿越宇宙的引力波。

科学家们利用尖端的模拟技术确定，这些引力波可以通过激光干涉引力波天文台 (LIGO) 等仪器探测到。LIGO 于 2015 年首次直接观测到黑洞合并产生的引力波。如果被发现，这些由坍缩星驱动的引力波将有助于科学家了解坍缩星和黑洞神秘的内部运作。

“目前，我们探测到的唯一引力波源来自两个致密物体的合并——中子星或黑洞，”这项研究的负责人、纽约市 Flatiron 研究所计算天体物理中心 (CCA) 的研究员 Ore Gottlieb 说。

“该领域最有趣的问题之一是：哪些潜在的非合并源能够产生我们可以用现有设施探测到的引力波?现在一个有希望的答案是坍缩星。”

戈特利布与 CCA 访问学者、哥伦比亚大学教授尤里·莱文和特拉维夫大学教授阿米尔·莱文森一起模拟了巨大旋转恒星坍缩后的情况，包括磁场和冷却速率。模拟显示，坍缩星可以产生足够强大的引力波，在大约 5000 万光年外都能看到。这个距离还不到黑洞或中子星合并产生的更强大引力波可探测范围的十分之一，但它仍然比迄今为止模拟的任何非合并事件都要强。

戈特利布表示，新发现令人惊讶。科学家们原本认为，混乱的坍缩将产生一堆杂乱的波，在宇宙的背景噪音中很难分辨出来。想象一下管弦乐队正在热身。当每个音乐家演奏自己的音符时，很难区分出是来自一支长笛或大号的旋律。