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黑洞吞噬中子星,究竟是一口吃掉,还是撕碎了优雅地慢慢吃?

有人问:黑洞吞噬中子星,是一口吃掉,还是撕碎了慢慢吃?

当然是一口吞下了!

其实科学家们已经观察到疑似黑洞吞噬中子星的现象了,这就是今年8月14日美国 LIGO引力波干涉仪和欧洲处女座干涉仪探测到的S190814bv引力波事件。

自2015年9月14日首次探测到引力波事件以来,这三个仅有的干涉仪已探测到数十次引力波事件,涉及到黑洞-黑洞、黑洞-中子星、中子星-中子星的合并。这些暴力合并事件的主角是黑洞或中子星等致密天体组成的双星系统,在漫长的宇宙时间里不断旋转,郎情妾意,情意绵绵,互相靠拢,情投意合,最后拥抱在一起合为一体,损失巨大的能量以引力波的形式释放出来。

这些天体的合并和黑洞吞吃恒星完全就是两回事。恒星密度很低,一般离黑洞很远就被撕碎了,在黑洞周围形成旋转的吸积盘,黑洞边吃边吐,铺张浪费,效率很低,往往吐的比吃的还多,还会发出明亮的伽马射线,所以容易被我们的望远镜看见。

而黑洞-黑洞、黑洞-中子星、中子星-中子星之间的“爱情”则要简单粗暴得多。由于它们都是致密天体,即使靠得很近也不容易被撕裂,黑洞与黑洞之间甚至连撕裂都不可能,所以往往靠得非常近了,都还在互绕旋转,难舍难分,到最后一刻才干柴烈火,啪啪一声,然后就高潮结束了。

在科学家们发现的第一个引力波事件GW150914中,一个36倍太阳质量的黑洞,和一个29倍太阳质量的黑洞,在可探测信号持续的0.2秒内,黑洞间相对切向速度由光速的30%猛增至60%,它们的轨道运动频率为75Hz,约为引力波频率的一半。科学家们由此计算出,在这两个黑洞并合之前,它们的距离仅为350km,完全就是裸裎相见了。由此可见,这两个黑洞是在距离越来越近之后瞬间合并的,然后以引力波的形式释放出3个太阳质量的能量,峰值功率达3.6×10^49W,是整个可观测宇宙中所有恒星辐射光源功率总和的50倍!

而在黑洞-中子星的合并中,则要看黑洞与中子星的质量大小了。如果黑洞比中子星质量大得多,那么中子星将在黑洞的视界内被撕碎,没有物质和光能逃得出来,从而也不会被我们探测到,也就是说,黑洞先一口吞掉中子星,然而在嘴巴里嚼吧几下,就直接吞下肚去了;但如果黑洞和中子星质量相差不大的话,中子星就会被撕碎,抛射出一些碎片,从而可以被我们发现,但这个过程也很短,不会是一种细嚼慢咽的优雅品尝,而是三两下就解决战斗。

如果是中子星和中子星的合并,那么会发出短暂的伽玛射线爆,然后是较长时间的光学余晖,抛射出大量的重元素,最终形成一个黑洞,并且将合成的大部分重元素吞噬。2017年8月17日探测到的GW 170817引力波事件,就是两颗中子星合并产生的,持续时间大约是100秒。

所以这个问题的答案也就呼之欲出了,黑洞吞噬中子星,基本都是一口吃下;即使吃不下,也就在嘴边撕碎了,三两下就干掉,时间不会超过中子星-中子星合并的100秒。

主要参考:

https://en.wikipedia.org/wiki/First_observation_of_gravitational_waves

https://en.wikipedia.org/wiki/GW170817

https://www.sciencealert.com/we-might-have-just-caught-a-black-hole-in-the-act-of-eating-a-neutron-star

https://www.nationalgeographic.com/science/2019/08/astronomers-probably-just-saw-black-hole-swallow-neutron-star/

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