科學家們探測到了中子星與潛在黑洞在質量縫隙中碰撞產生的引力波，這表明此類宇宙事件可能比預期的更為常見。朴茨茅斯大學宇宙學與重力研究所（ICG）的研究人員幫助探測到了一個非凡的重力波訊號，這可能是解開宇宙之謎的關鍵。 LIGO-Virgo-KAGRA合作組織由來自世界各地的1,600多位科學家組成，其中包括ICG的成員，旨在探測重力波並利用重力波探索科學的基本原理。

低質量間隙黑洞（深灰色表面）與中子星的凝聚與合併，顏色從深藍色（每立方厘米60 克）到白色（每立方厘米600 公斤）不等，凸顯了中子星低密度物質的強烈變形。資料來源：I. Markin（波茨坦大學）、T. Dietrich（波茨坦大學和馬克斯-普朗克引力物理研究所）、H. Pfeiffer、A. Buonanno（馬克斯-普朗克引力物理研究所）。

2023 年5 月，就在LIGO-Virgo-KAGRA 第四次觀測運行開始後不久，位於美國路易斯安那州的LIGO 利文斯頓探測器觀測到了一個引力波信號，該信號來自於很可能是一顆中子星與質量為太陽2.5 至4.5 倍的緊緻天體的碰撞。

中子星和黑洞都是緊湊型天體，是大質量恆星爆炸後的緻密殘餘物。這個名為GW230529 的訊號之所以引人入勝，是因為它的品質較大。它處於已知最重的中子星和最輕的黑洞之間可能存在的質量差距之內。重力波訊號本身並不能揭示這個天體的性質。未來對類似事件的探測，特別是那些伴隨著電磁輻射爆發的事件，可能有助於解決這個問題。

不列顛哥倫比亞大學助理教授、LIGO 科學合作組織副發言人傑斯-麥基弗博士（Dr. Jess McIver）說：”這次探測是我們從第四次LIGO-Virgo-KAGRA 觀測運行中獲得的第一個令人興奮的結果，它揭示了中子星和低質量黑洞之間的類似碰撞的發生率可能比我們之前想像的要高。

由於只有一個重力波探測器看到了這一事件，因此評估它是否真實變得更加困難。

這張影像顯示了低質量間隙黑洞（深灰色表面）與中子星的合併，顏色從深橙色（每立方公分100 萬噸）到白色（每立方公分6 億噸）不等。重力波訊號以一組正偏振的應變振幅值表示，顏色從深藍色到青色不等。資料來源：I. Markin（波茨坦大學）、T. Dietrich（波茨坦大學和馬克斯-普朗克引力物理研究所）、H. Pfeiffer、A. Buonanno（馬克斯-普朗克引力物理研究所）。

檢測技術的進步

ICG 的研究軟體工程師Gareth Cabourn Davies 博士開發了用於在單一偵測器中搜尋事件的工具。他說”通過在多個探測器中看到事件來證實事件是我們從噪聲中分離信號的最強大工具之一。通過使用適當的背景噪聲模型，即使在沒有其他探測器支持我們所看到的情況下，我們也能判斷出一個事件”。

在2015年偵測到重力波之前，恆星質量黑洞的質量主要是透過X射線觀測發現的，而中子星的質量則是透過無線電觀測發現的。由此得出的測量結果分為兩個截然不同的範圍，兩者之間的差距約為太陽質量的2 到5 倍。多年來，有少量測量結果蠶食了這個品質差距，天文物理學家對此仍有很大爭議。

最新研究結果的影響

對GW230529 訊號的分析表明，它來自兩個緊湊型天體的合併，其中一個天體的質量是太陽質量的1.2 到2.0 倍，另一個天體的質量是太陽質量的兩倍多一點。

雖然重力波訊號沒有提供足夠的資訊來確定這些緊密的天體是中子星還是黑洞，但看起來較輕的天體很可能是中子星，而較重的天體則是黑洞。 LIGO-Virgo-KAGRA合作組織的科學家確信，較重的天體就在品質差距之內。

重力波觀測現在已經提供了近200 個緊湊天體質量的測量值。其中，只有一次並合可能涉及質量鴻溝緊湊天體–GW190814 訊號來自黑洞與一個緊湊天體的並合，該天體的質量超過了已知最重的中子星，而且可能在質量鴻溝之內。

來自美國西北大學的Sylvia Biscoveanu 博士說：”雖然之前已經報道過引力波和電磁波中存在質量間隙天體的證據，但這個系統尤其令人興奮，因為它是首次引力波探測到與中子星配對的質量間隙天體。

正在進行和未來的觀察

第四次觀測運作計畫持續20 個月，其中包括幾個月的間歇期，以便對偵測器進行維護並進行一些必要的改進。截至2024 年1 月16 日，也就是目前的間歇期開始時，總共發現了81 個重要的候選訊號。 GW230529 是經過詳細調查後公佈的第一個候選訊號。

第四次觀測運行將於2024 年4 月10 日恢復，LIGO Hanford、LIGO Livingston 和Virgo 探測器將同時運作。觀測運行將持續到2025 年2 月，不會再有中斷觀測的計畫。

在觀測運行繼續進行的同時，LIGO-Virgo-KAGRA 的研究人員正在分析運行前半段的數據，並檢查已經確定的其餘80 個重要候選訊號。到2025 年2 月第四次觀測運行結束時，觀測到的重力波訊號總數將超過200 個。

編譯來源：ScitechDaily