根據最新的模擬，坍縮星（大質量恆星的坍縮殘骸）可能會產生可偵測到的重力波。這些由螺旋形進入黑洞的物質產生的引力波，可以讓人們深入了解恆星和黑洞的內部運作，儘管識別它們仍然是一項挑戰。

一顆巨大的旋轉恆星死亡後，會在中心黑洞周圍形成一個物質盤。當這些物質冷卻並落入黑洞時，新的研究顯示會產生可偵測到的重力波。資料來源：奧雷-戈特利布

大質量旋轉恆星的死亡造成的時空漣漪可能在LIGO和室女座等項目的探測範圍之內。

一顆快速旋轉的大質量恆星的死亡會撼動整個宇宙。根據8 月22 日發表在《天文物理學雜誌通訊》（TheAstrophysical Journal Letters）上的最新研究，地球上的儀器可以感受到由此產生的漣漪–即重力波。這項研究背後的科學家預測，這些新的重力波源正有待發現。

重力波出現在快速旋轉的恆星劇烈死亡之後，這些恆星的質量是太陽的15 到20 倍。當燃料耗盡時，這些恆星內爆，然後爆炸，這就是所謂的塌縮。這就留下了一個黑洞，黑洞周圍環繞著一大片殘留物質，這些物質迅速旋入黑洞的巨口。物質的旋轉（僅持續幾分鐘）是如此之大，以至於扭曲了周圍的空間，產生了穿越宇宙的引力波。

模擬顯示了坍縮事件後新生黑洞周圍的物質分佈。較暖的顏色表示較高的物質密度。資料來源：Ore Gottlieb

科學家利用最先進的模擬，確定這些重力波可以被雷射干涉重力波天文台（LIGO）等儀器偵測到，該儀器在2015年首次直接觀測到了來自黑洞合併的重力波。如果被發現，坍縮驅動的重力波將有助於科學家了解坍縮星和黑洞神秘的內部運作。

“目前，我們所探測到的唯一引力波源來自於兩個緊湊天體–中子星或黑洞–的合併，”該研究的領頭人、紐約市Flatiron研究所計算天體物理學中心（CCA）的研究員奧雷-戈特利布（Ore Gottlieb）說。 “該領域最有趣的問題之一是：有哪些潛在的非合併源會產生引力波，而我們目前的設備可以探測到這些引力波？一個很有希望的答案就是現在的坍縮星。”

戈特利布與CCA訪問學者、哥倫比亞大學教授尤里-列文（Yuri Levin）和特拉維夫大學教授阿米爾-列文森（Amir Levinson）一起模擬了大質量旋轉恆星坍縮後的條件，包括磁場和冷卻率。模擬結果表明，坍縮星會產生強大的重力波，足以讓人在大約5000萬光年之外就能看到。這個距離還不到黑洞或中子星合併產生的更強重力波可探測範圍的十分之一，不過它仍然比目前模擬的任何非合併事件都要強。

戈特利布說，新發現令人大吃一驚。科學家認為，混亂坍縮會產生雜亂無章的波浪，很難在宇宙的背景噪音中分辨出來。想像正在熱身的交響樂團，當每個樂手都在演奏自己的音符時，就很難分辨出旋律是來自長笛還是大號。另一方面，兩個天體合併產生的重力波會產生清晰而強烈的訊號，就像管弦樂團在一起演奏一樣。這是因為當兩個緊湊的天體即將合併時，它們會在緊密的軌道上跳舞，每轉一圈都會產生重力波。這種近乎相同的波的節奏將訊號放大到可以被偵測到的程度。新的模擬結果表明，塌縮星周圍的旋轉盤也能發出一起放大的重力波，這與天體合併時的軌道緊密天體非常相似。

戈特利布說：”我以為訊號會混亂得多，因為磁碟是氣體的連續分佈，物質在不同的軌道上旋轉。我們發現，這些磁碟發出的重力波是相干的，而且重力波也相當強。

坍縮星盤的預測訊號不僅強到足以被LIGO 偵測到，而且戈特利布的計算也表明，一些事件可能已經出現在現有的資料集中。宇宙探測器和愛因斯坦望遠鏡等建議中的重力波探測器每年可以發現數十個重力波。

重力波研究界已經開始關注尋找這些事件，但這並非易事。這項新研究計算了少量潛在坍縮事件的重力波特徵。然而，恆星的質量和旋轉輪廓跨度很大，這將導致計算出的引力波訊號存在差異。

戈特利布說：”原則上，我們最好模擬100萬個塌縮星，以便能夠創建一個通用模板，但不幸的是，這些模擬非常昂貴。因此，目前我們只能選擇其他策略。”

科學家可以查閱歷史數據，看看是否有任何事件與戈特利布模擬的事件相似。不過，由於恆星種類繁多，每顆恆星都可能有獨特的訊號，因此找到與類比訊號匹配的可能性不大。另一個策略是使用來自近距離坍縮事件的其他訊號–例如恆星坍縮過程中發射的超新星或伽馬射線暴–然後搜尋資料檔案，看看在同一時間的天空中是否有任何重力波被探測到。

探測坍縮星產生的重力波將有助於科學家更了解恆星坍縮時的內部結構，也能讓他們了解黑洞的特性–這兩個主題仍然知之甚少。

戈特利布說：「這些都是我們無法探測到的。我們研究黑洞周圍這些內部恆星區域的唯一方法就是透過重力波。”

編譯自/ scitechdaily