研究：剧烈黑洞-中子星碰撞可能有助于解决关于宇宙膨胀的争论

1. 研究：剧烈黑洞-中子星碰撞可能有助于解决关于宇宙膨胀的争论

据外媒报道，考虑到我们目前估估算宇宙膨胀速率的两种最佳方法--测量脉动和爆炸恒星的亮度和速度以及观察早期宇宙辐射的波动--给出的答案非常不同，这表明我们的宇宙理论可能是错误的。第三种测量方法则是观察由黑洞-中子星碰撞引起的光的爆炸和空间结构的波纹，这应该有助于解决这个分歧并搞清楚我们的宇宙理论是否需要重写。
  
 这项发表在《Physical Review Letters》上的新研究模拟了2.5万个黑洞和中子星碰撞的场景，目的是看看到本世纪20年代中后期，地球上的仪器可能会探测到多少个。
     
 研究人员发现，等到2030年，地球上的仪器奖可以探测到多达3000次由这样碰撞造成的时空涟漪，在约100次这样的碰撞中，望远镜还能观测到伴随的光爆炸。他们得出的结论是，这些数据足以提供一种全新的、完全独立的宇宙膨胀率测量方法，其精确性和可靠性足以证实或否定新物理学的必要性。
  
 该论文的论文主要作者、来自伦敦大学物理与天文学的Stephen Feeney博士(指出：“中子星是一颗死星，是由一颗非常大的恒星爆炸后坍缩产生，它的密度令人难以置信--虽然通常情况下直径为10英里，但质量是我们太阳的两倍。”它跟黑洞的碰撞是灾难性的事件，会造成时空波动即引力波，我们现在可以在地球上通过LIGO和Virgo等天文台探测到引力波。
  
 “我们还没有探测到这些碰撞产生的光。但探测引力波设备灵敏度的提高加上印度和日本的新探测器将使得我们能探测到的此类事件的数量出现巨大飞跃。这是令人难以置信的激动，其应该会为天体物理学开辟一个新时代，”Feeney说道。
  
 为了计算出宇宙的膨胀率即所谓的哈勃常数，天体物理学家需要知道天体跟地球的距离以及它们远离地球的速度。分析引力波可以告诉我们碰撞的距离，这一切只需要确定速度即可。
  
 要知道发生碰撞的星系离开我们的速度需要观察光的“红移”--也就是说，一个光源产生的光的波长是如何被它的运动拉伸的。伴随这些碰撞而来的光爆炸将帮助我们精确定位碰撞发生的星系，从而使得研究人员能结合测量该星系的距离和红移。
  
 Feeney博士指出：“这些灾难性事件的计算机模型还不完整，这项研究应该为改进它们提供额外的动力。如果我们的假设是正确的，那么许多这样的碰撞将不会产生我们可以探测到的爆炸--黑洞将吞噬恒星而不会留下任何痕迹。但在某些情况下，一个较小的黑洞可能会在吞噬中子星之前先将其撕裂，其可能会在洞外留下释放电磁辐射的物质。”
  
 合著者Hiranya Peiris教授则表示：“关于哈勃常数的分歧是宇宙学中最大的谜团之一。除了帮助我们解开这个谜题，这些灾难性事件的时空涟漪还为我们打开了一扇了解宇宙的新窗口。在未来的十年里，我们可以期待许多激动人心的发现。”
  
 引力波在美国的两个天文台（LIGO实验室）、意大利的一个天文台（Virgo）、日本的一个天文台(KAGRA)被观测到。现在，第五个该类型天文台--LIGO-India正在建设中。
  
 我们目前对宇宙膨胀的两个最佳估计是67公里每秒每百万秒差距（326万光年）和74公里美秒每百万秒差距。第一个来自于对宇宙微波背景的分析--由大爆炸留下的辐射，而第二个来自于比较跟地球不同距离的恒星--尤其是造父变星以及被称为Ia型超新星的爆炸恒星。
  
 Feeney博士解释称：“由于微波背景测量需要一个完整的宇宙理论，而恒星法不需要，这一分歧提供了超越我们目前理解的新物理的诱人证据。然，在我们做出这样的断言之前，我们需要通过完全独立的观察来证实这个分歧--我们相信黑洞和中子星的碰撞可以提供这些意见。”

2. 关于中子星、黑洞及强相互作用。

请百度百科 强相互作用 中子星 黑洞
 首先“强相互作用是核子间的作用力” “现在物理学家认为强相互作用的产生与夸克、胶子有关---引用自百度百科意思就是强相互作用和核子内部构造有关而不是核子内部的力就是强相互作用明白？”即是说质子中子这些基本粒子间的作用力 他们在通常形况下构成了原子核

如果对聚变有些了解就会知道轻核聚变释放能量 重核裂变释放能量 在自然界中状态总是趋于低能量态 可想而知重核是不稳定的很容易分解释放能量 不能形成太大的核 

原子核与原子核之间的力也是强相互作用 但原子核是基本没有裸核的 都是被电子云包裹的   电子云的范围与原子核比高出好几个数量级不适用于强相互作用短程力的范围  使得强相互作用在这个间距下约等于零  所以是电磁力即电子云间的作用构成了地球上的物体           

但是如果范围扩大到恒星 情况就不同了 因为引力是长程力 恒星在自身万有引力达到一定阈值的情况下范德瓦尔斯力也就是电子云的相互作用已经不能支撑引力了就会产生塌缩 究竟塌缩到什么程度取决于恒星的质量 如果强相互作用也不能抵御自身引力就是无限塌缩成黑洞了

3. 引力波 首次 揭示了黑洞和中子星的合并情况

一颗中子星陷入了致命的内旋，当一个黑洞将其完整吞没时，它便迎来了自己的末日。
  
 碰撞产生的引力波纹通过宇宙向外扩散，最终到达地球。
  
 对这些引力波的探测，标志着首次有报道称黑洞吞噬了死星的稠密残骸。
  
 而在一个令人惊讶的转折中，科学家们在第一次合并的几天后发现了第二次这样的合并。
  
 到目前为止，所有被确认的引力波源都是一对一的：要么是两个黑洞，要么是两颗中子星，在相互碰撞和凝聚之前围绕彼此旋转。
  
 宇宙碰撞产生了拉伸和挤压时空结构的波，敏感的探测器可以探测到这些波。
  
 黑洞和中子星的不匹配配对是科学家们期望通过目前的引力波观测站发现的最后一种合并类型。
  
 不仅以前没有通过引力波看到黑洞和中子星之间的结合，而且也从来没有通过任何其他手段发现过这种粉碎。
     
 2020年1月5日和1月15日，LIGO和Virgo引力波探测站中登记的黑洞-中子星有碰撞的迹象。
  
 第一次合并由一个质量约为太阳8.9倍的黑洞和一个质量约为太阳1.9倍的中子星组成。
  
 第二次合并有一个5.7太阳质量的黑洞和一个1.5太阳质量的中子星。
  
 科学家们估计，这两次碰撞都发生在距离地球9亿光年以上的地方。
  
 为了形成可探测到的引力波，凝聚在一起的物体必须非常密集，其身份可以通过其质量来确定下来。
  
 科学家们认为，任何质量超过五个太阳质量的物体都只能是一个黑洞。
  
 小于三个太阳质量的东西必须是中子星。
  
 早期的一次引力波探测涉及一个黑洞与一个无法识别的物体合并，因为它的质量似乎介于区分黑洞和中子星的界限之间。
  
 之前的另一次合并可能是由黑洞与中子星的融合造成的，但该事件的信号不够强烈，科学家们无法确定该探测是真正的结合。
  
 这两个新的探测证实了黑洞和中子星结合的情况。
  
 其中一个新事件比另一个更有说服力。
  
 1月5日的合并只是在LIGO的两个引力波探测器中的一个看到的，而且该信号具有相对较高的误报概率。
  
 然而，1月15日的事件看起来相当可靠。
  
 探测结果表明，中子星和黑洞之间的会合在整个宇宙中经常发生。
  
 根据探测的速度，研究人员估计，这些事件在距离地球10亿光年的范围内大约每月发生一次。
     
 科学家们还不知道中子星和黑洞是如何相遇的。
  
 它们可能是一起形成的，就像两颗互相环绕的恒星，直到双方的燃料耗尽而死亡，其中一颗坍缩成黑洞，另一颗形成中子星。
  
 或者这两个物体可能分别形成，并在一个挤满了许多中子星和黑洞的拥挤区域相遇。
  
 当黑洞和中子星向内旋转并合并时，科学家们期望黑洞能将中子星撕成碎片，产生一个可以用望远镜观察到的光影秀。
  
 但是天文学家们在这两次新报道的相遇之后没有发现光影，也没有任何证据表明黑洞使中子星变形。
  
 这可能是因为在这两种情况下，黑洞都比中子星大得多，这表明黑洞将中子星整个吞下。
  
 如果科学家们能够在未来发现黑洞撕碎中子星，这将有助于研究人员确定构成死亡恒星的超密集、富含中子物质的特性。

4. 如果中子星与黑洞相撞，会产生什么现象？

中子星它的密度非常的高，一茶匙中子星的物质就可能拥有着10亿吨的重量，它的密度再高，在这个宇宙当中只能排名第二，最高密度的就属于黑洞了。科学家们在最近也发现了当中子星或者是黑洞这样的物质碰撞时，他们发出的引力波会在时空结构当中产生涟漪。

虽然说黑洞要大很多，但是想要一次性吞噬中子星也是不可能的。黑洞接近中子星的致命点，从一侧开始慢慢的撕裂中子星，然后慢慢的吞噬它，而这次碰撞是发生在距离我们12亿多年之前的超远距离，所以科学家发现的也只是一个微小模糊的背景，不能清晰看到所以一切的认知还是有限，这对于研究也有很大的苦难。

两个天体围绕彼此运动的时候引力波的频率也会增加，引力波的增加与物体的质量有直接关系，也就是波频率的增加比低质量物体更快，在这样的情况之下，频率增加的速度比两个中子星碰撞的速度更快一些。

正是因为这次事件发生在距离我们12亿光年之外，所以信号也非常的微弱，并不能100%的确定，不过有86%的人认为这也是他们所看到的，而信号仍然也可能会产生一切的误差。这样大规模的碰撞其实是非常罕见的，可能每10万年发生一次，如果探测器能看得更远的话，我们能看到的可能只是更多的信息也会增加，我们看到更多的碰撞机会。这还是需要时间和精力提高我们的科技力量才能达到的。

5. 黑洞最怕中子星，如果黑洞将中子星吞噬，将会发生什么？

黑洞不怕中子星。
黑洞本质上也是天体，只不过在离它较近的地方引力极强，连光都能吸引住不被逃脱而已。
如果黑洞遇到主序星或白矮星，它会用它的潮汐力把这类恒星先拉长，把接近它的恒星物质吸引到身边，形成围绕着它旋转的物质吸集盘，盘中物质会边围绕黑洞旋转，边接近黑洞，最终落入黑洞中消失。在即将落入黑洞前，物质因被黑洞加速和加热，而释放出强烈的辐射。
但当黑洞遇到中子星就不一样了。中子星个子太小，直径不会超过30公里。这么小的直径，本身就具有强大的引力，黑洞的潮汐力对它作用并不显著。在双方的共同引力作用下，它们会快速接近，估计会在极短的时间内中子星就落入黑洞了。然后，中子星消失了，黑洞的质量增加了，黑洞会长得更大一些。
不过同样地，中子星在落入黑洞前夕很可能也会解体，也会释放出强烈的辐射，甚至可能把它的一部分物质抛散出去。
科学家说，宇宙中像金、铂、铱等重金属，其中的一些可能就是这么来的。

6. 经证实，天体物理学家首次探测到黑洞和中子星的合并事件

这个巨大的碰撞发生在10亿年前，在时空中产生涟漪，最终到达地球。 
     
 上图：艺术家描绘的黑洞吞噬中子星的过程。
  
  一个由天体物理学家组成的大型合作团队报告说，他们首次证实探测到了中子星和黑洞合并产生的冲击波。 相隔10天的探测结果，代表了这两个巨大的宇宙天体的结合。
  
  2020年1月，当人类感觉不到的冲击波穿过地球时，地球在微微颤动。这些涟漪就是引力波，是所有大质量物体在时空中产生的扰动， 但只有在极其巨大的事件中才能检测到，比如两个黑洞相撞。 这些引力波足够强，足以被位于路易斯安那州的激光干涉仪引力波天文台和 在意大利比萨进行的类似处女座实验接收到。  这些实验都使用灵敏的反射镜和激光束来探测引力波。 
  
 黑洞是空间中具有强烈引力场的点，即使是光也无法逃脱。 当一颗恒星死亡并自行坍缩时，它们就会形成。 中子星的形成也类似，它们是死星极度密集的坍缩残骸，主要由堆积的中子组成。
  
  主持这项新研究的澳大利亚国立大学（Australian National University）天体物理学家苏珊·斯科特（Susan Scott）表示， 该团队进行的探测越多，研究人员就会越了解这些恒星是如何与黑洞一起形成死亡漩涡的。
     
 上图：两颗中子星碰撞的图像。
  
 研究人员会根据引力波的特性计算出质量，用以确定这些死亡碰撞中的参与者。如果其中一个物体的质量是太阳的两倍或更轻，就认为它是中子星。如果质量是太阳的5倍或更大，就可以确定它是黑洞。由此，观测结果提出了黑洞 — 中子星合并发生的可能性，但这些物体的身份尚未得到确认，因为其中一个涉及的物体位于已知最小黑洞和已知最大中子星之间的“质量间隙”。这项新发现发表在近日的《天体物理学杂志快报》上。
  
  马克斯·普朗克引力物理研究所的天体物理学家布山·加德雷认为：“虽然引力波本身并不能揭示这个较轻物体的结构，但我们可以推断出它的最大质量。通过将这些信息与对这种双星系统中预期中子星质量的理论预测相结合，我们得出结论，中子星是最有可能的解释。” 
  
 这两起事件分别于2020年1月5日和1月15日发生，相隔10天。研究人员不确定这些波来自宇宙的什么地方，但根据波的强度与研究人员预期它们在起源时的强度进行比较，估算出它们分别离我们9亿光年和10亿光年。科学家说，虽然这种现象被称为黑洞和中子星之间的“合并”，但它可能更像是黑洞吞没中子星，而不是两个黑洞在空间中的碰撞。
  
 根据最近的两次探测，研究小组估计，在距离地球10亿光年的范围内，这些黑洞 — 中子星合并大约每月发生一次。探测器的下一次观测将于明年夏天开始，目标是发现更多的这种合并。科学家告诉我们：“ 我们还在寻找新类型的源，比如超新星爆炸产生的引力波，以及自旋的中子星发出的持续微弱的引力波。这将进一步帮助我们了解中子星物质的性质。 ”
  
  第一次确认的黑洞 — 中子星合并已经证实，但这肯定不是最后一次。下一次的观测将有望揭示更多这些非凡的配对。

7. 黑洞和中子星碰撞产生的引力波或首次“现形”

据美国《科学》杂志网站近日报道，引力波“猎手”或许已经发现他们最奇异的猎物。美国东部时间8月14日下午5点10分39秒，美国和意大利的三台巨型探测器探测到了显然由一颗黑洞和一颗中子星在约9亿光年之外相互运动产生的一束引力波脉
  
 
  
 此前，科学家们曾观测到黑洞合并以及中子星合并产生的引力波，但从未发现过黑洞和中子星的合并，新发现有望进一步揭示中子星的秘密。
  
 新发现由位于美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和位于意大利的“室女座”（Virgo）天文台共同完成。LIGO发言人帕特里克·布拉迪说：“如果这一结论被证实的话，这是一个巨大的里程碑。” 
  
 2015年9月，科学家们首次探测到了两个位于13亿光年之外、质量为太阳质量几十倍的黑洞碰撞产生的引力波。2017年8月，“室女座”探测器加入到这场引力波信号的追捕行动中。几天之内，这三台探测器发现了两颗中子星合并产生的引力波。
  
 现在，LIGO和Virgo可能已经发现了黑洞和中子星的合并。LIGO成员维基·卡洛杰拉说：“看到一颗黑洞撕碎一颗中子星，就能揭示出中子星物质有多坚硬，这是破译中子星结构的关键。”
  
 理论学家们目前仍然不能完全确定黑洞-中子星对有多普遍，也不知道它们是如何形成的。模型显示，它们更有可能由恒星对形成；而非由四处游荡的黑洞和中子星以某种方式找到彼此然后结伴形成。
  
 研究人员通过引力波估算出了这对碰撞体的质量。布雷迪说，其中一颗的质量为5倍太阳质量；另一颗（假定是中子星）不足3倍太阳质量。但第二个天体的质量并不完全确定。卡洛杰拉说：“也许它不是一颗中子星，也许是一个小黑洞？”事实上，根据此前的观察，一些理论家认为中子星的质量不能超过2.2倍太阳质量。

8. 黑洞和中子星合并后，科学家们又发现了新的宇宙之谜

当两个巨大的物体碰撞时，它们会在时空结构中发出涟漪。
  
 这些涟漪被称为引力波，它们是已经发生的合并的标志。
  
 多年来，研究人员观察到数十对黑洞的谋杀和一对中子星对的合并。但在2021年6月，科学家们第一次瞥见了距离地球约9亿光年的黑洞和中子星的巨大合并。而且是两次。
  
 第一次合并涉及到一个质量约为太阳9倍的黑洞和一颗质量约为太阳2倍的中子星。
  
 10天后，第二次碰撞被检测到涉及到一个黑洞，它的质量几乎是太阳的6倍，吞噬了一个1.5倍太阳质量的中子星。
  
 该观测员还预测，在距离地球10亿光年的范围内，每个月都会发生一次黑洞和中子星的合并。
  
 尽管碰撞观测为即将到来的发现打开了许多新的大门，ligo和virgo还不足以解开所有的宇宙之谜。
  
 所以请记住，virgo和kagra这两个ligo探测器都在为明年夏天开始的另一组观测做准备。
  
 据我们所知，我们周围看到的一切都是由四种基本力量控制的。
  
 重力，电磁力，强核力和弱核力。
     
 
  
  
 将所有这些力(重力除外)结合在一起的理论是物理学的标准模型。
  
 尽管几十年来进行的实验已经验证了标准模型，但它还不完整。
  
 例如，它不能把引力和其他三种力统一起来，也不能解释暗物质和暗能量，而暗物质和暗能量占可观测宇宙的96%。和。
  
 这就是为什么物理学家几十年来一直在寻找第五种力，而找到它们的一个地方就是底夸克或美夸克的衰变。它是一种不稳定的粒子，在衰变为其他粒子之前，它仅存活1.5万亿秒。
  
 当一个美丽的软木塞腐烂时，它会通过弱力的影响转变成一组更轻的粒子，比如电子。
  
 因此，大自然的新力量让我们了解它的方式之一就是微妙地改变美夸克衰变成不同类型粒子的频率。
  
 根据标准模型，软木在衰变时不应该区分电子和介子。介子是电子的碳复制体。除了它重200倍之外，美夸克衰变成介子的速率必须等于电子。但在21年3月，研究人员发现介子衰变只是发生了。大约85%是电子衰变。
     
 
  
  
 大自然似乎更喜欢一种衰变通道而不是另一种，这违反了莱夫顿普世定律。
  
 物理学家相信未知力一定是在大学里打破了左定律。我们可能即将在物理学上取得重大突破，但还需要更多的数据来证实这种新力量的存在。
  
 尽管旅行者一号是离地球最远的航天器，但它为我们提供了有趣的深空信息。这正是它在5月20日所做的。
  
 这是人类探测到的最远的人造物体，等离子体波和恒星内部空间的稳定嗡嗡声出乎意料。这种嗡嗡声是持久的，持续时间很长，大约3000赫兹的低频消失。
  
 等离子体是一种热的、在电离气体中扩散的气体，由从原子中剥离出来的电子组成，也存在于星际介质中。电子在等离子体中的运动导致热激发等离子体振荡或准热理想。
  
 多亏了它的内侧等离子体波系统，旅行者一号已经能够很好地测量这些星际介质中的等离子体振动。
  
 因为旅行者一号已经探测到大约8个不同的等离子体振荡事件，其长度从几天到一整年不等。
     
 
  
  
 这些事件主要是由于电子运动的不稳定性造成的，因为它们与太阳产生的激波相互作用。然而，在2017年，旅行者1号开始在高能事件之外探测到微弱、稳定和持久的等离子体信号。
  
 新探测到的信号比等离子体振荡事件要窄。它的频率稳定在3000赫兹，带宽限制在40赫兹。此外，这一微弱信号持续了近3年，是迄今为止记录到的最长的连续等离子体信号。
  
 在过去的三年里，旅行者1号航行了大约10个天文单位的距离，也就是大约9.3亿英里。但信号保持不变，因为测量到的信号刚好高于“旅行者一号”等离子体波系统仪器的噪声阈值。研究人员没想到会发现类似的东西。
  
 虽然这种信号很安静，但比科学家之前认为的要强。他的发现将“旅行者一号”的能力推到了它之前认为的极限。此外，该信号的持续存在表明，旅行者可能在未来也会继续探测到它。
  
 虫洞是时空的入口，是长途星际旅行的捷径，起源于爱因斯坦的广义相对论。虫洞是一个高度弯曲的时空区域，它连接着空间中两个极其遥远的点，就像一个隧道。然而，这些奇异的结构是理论上的，在自然界中还没有被直接观察到。
  
 此外，数学表明，这种虫洞会非常不稳定，如果有任何东西试图穿过它们，它们最终会立即坍塌，穿过的物质会消失。虫洞提供给宇宙中其他地方的连接将被永远切断。以前的模型表明，保持热洞开放的唯一方法是用一种负质量的奇异形式的物质。但在1921年，两种不同的理论被提出，根据它们，时间旅行实际上可以通过虫洞实现。如果我们遵循一些约束条件，对正常物质也是如此。所以在第一种方法中，发表于2021年3月，研究人员选择了一种相对简单的经典方法。他们将相对论的元素与量子力学和经典电动力学结合起来。
  
 他们发现，如果我们把狄拉克方程纳入我们的数学，它将允许虫洞的存在，可以被物质穿越，比如电子。
  
 提供电荷和虫洞质量之间的比率超过了一定的限制。
  
 根据这个理论，即使是电磁波也可以穿越时空中的小隧道。
     
 
  
  
 然后在第二种方法中，发表于21年9月，科学家们使用了一种被称为广义混合度规则帕拉蒂尼重力的微调形式，使虫洞可以通过。
  
 虽然这个理论建立在爱因斯坦的广义相对论上，但它允许物质、能量和空间在时间上有更多的灵活性和关系。人们发现，用普通物质的双层薄壳将虫洞的入口分层，这样就可以在不使用任何外来物质和负能量的情况下通过虫洞。
  
 尽管这两种方法还只是在论文中，研究人员希望在未来通过实验来验证他们的理论。如果这些理论被证明是正确的，那么它不仅会让我们的科幻梦想成真，而且还会挑战我们目前对宇宙的理解。
  
 霍金给出了他的一个定理，根据这个定理，黑洞的大小不能随着时间的推移而减小。
  
 这个定理，被称为黑洞面积定理，适用于一个类似的热动力学原理，在trumpy不能随着时间减少。
  
 在21年7月提出41年后，科学家们通过分析两个黑洞产生的引力波，终于证明了斯蒂芬·霍金的黑洞面积定律。
     
 
  
  
 如果霍金的面积定理成立，那么合并形成的新黑洞的视界面积，不应该小于其母黑洞的总视界面积。综上所述，研究人员将ligo记录的引力波数据分成两类，一种是暗物质前后的引力波数据。
  
 后来，他们用这两种测量方法来计算每一类黑洞的表面积，并发现合并后的黑洞的总表面积大于两个较小黑洞的总和。
  
 这意味着事件的总视界面积在合并后并没有减少。这一结果的可信度为95%，从而巩固了霍金的区域定律。然而，尽管这是一个突破，但这一证实却与霍金辐射的另一个关键理论相矛盾，霍金辐射理论认为黑洞随着时间的推移会自发地发出热辐射。
  
 记住这一点，研究小组的目标是测试未来的引力波信号，看看它们是否可能进一步证实霍金定理或新物理学的种子。
  
 如果你有兴趣在家学习天体物理学，一定要查看我们的天体物理学基础系列，链接在描述中给出。这个系列从最基本的层面解释一切，从e - m光谱到望远镜，从恒星的诞生到黑洞和星系的形成。