在中子星雙星系統(tǒng)形成的后期階段，巨星膨脹并吞沒中子星伴星，這一階段被稱為“共包層演化”（a）。包層的拋射使中子星處于一個近距離靠近包層剝離星的軌道上。該系統(tǒng)的演化取決于質(zhì)量比。質(zhì)量相對較小的剝離星會經(jīng)歷額外的質(zhì)量傳遞階段，使自身進一步剝離，同時使伴星加快自旋成為脈沖星，在銀河系中觀測到的中子星雙星系統(tǒng)和 GW170817 便是這種類型（b）。質(zhì)量較大的剝離星不會如此膨脹，從而避免進一步剝離和被伴星吸收，最終形成如 GW190425 的雙星系統(tǒng)（c）。對于質(zhì)量更大的剝離星，則會形成黑洞-中子星雙星系統(tǒng)，如 GW200115 （d）
北京時間 10 月 28 日消息，2017 年，科學(xué)家第一次證實了引力波的存在，在“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）和引力波觀測領(lǐng)域做出決定性貢獻的三位物理學(xué)家也因此獲得當(dāng)年的諾貝爾獎。如今，對引力波的探測仍在不斷帶來新的物理學(xué)成果，但也引出了更多的問題。
對引力波的探測也帶來了全新的挑戰(zhàn)，比如如何找出引力波產(chǎn)生的原因。這聽起來似乎是一個簡單的問題，但回答起來卻困難得多。近日，丹麥哥本哈根大學(xué)的研究團隊開發(fā)了一個恒星死亡的模型，他們認為該模型將有助于解釋一些以前無法解釋的發(fā)現(xiàn)，并提出在一個特定的星系中，大質(zhì)量中子星的數(shù)量要比此前認為的多得多。
在物理學(xué)研究中，科學(xué)家經(jīng)常會收集到一些似乎不符合當(dāng)前科學(xué)理論的數(shù)據(jù)。例如，在 LIGO 第二次探測到引力波時，就出現(xiàn)了一些令人意想不到的數(shù)據(jù)。通常情況下，LIGO 會記錄兩個大密度物體 —— 比如黑洞和中子星 —— 碰撞所產(chǎn)生的引力波，即時空漣漪。在 LIGO 第二次確定的記錄中（最初記錄于 2019 年，現(xiàn)在被稱為 GW190425），數(shù)據(jù)所指向的引力波來源是兩顆正在合并的中子星，但它們的質(zhì)量大得驚人。
在以往的觀點看來，常規(guī)的中子星是很難“看到”的。中子星通常是在超大質(zhì)量恒星向內(nèi)坍縮后才形成的，這一點與它們的“近親”黑洞相似。不過，它們偶爾也會形成脈沖星，這是宇宙中最引人注目的恒星形態(tài)之一。通常情況下，唯一能觀測到一個雙星系統(tǒng)（比如 GW190425 引力波信號的源頭）的條件是，該系統(tǒng)的兩顆恒星中有一顆是脈沖星，并與鄰近的常規(guī)中子星發(fā)生相互作用。然而，在已知的中子星雙星系統(tǒng)中，科學(xué)家并沒有找到具有足夠質(zhì)量，同時又能匹配 LIGO 所探測信號的系統(tǒng)。
研究者認為，之所以缺少這樣的恒星，部分原因是較大的恒星在死亡時變成了黑洞，而不是中子星。然而，這些引力波信號的確來自正在合并的大質(zhì)量中子星，而不是黑洞碰撞。那么，是什么導(dǎo)致了這些大型中子星的形成？為什么它們沒有和脈沖星成對出現(xiàn)？
答案可能在于一類被稱為“剝離星”（stripped star）的恒星。這些星體也被稱為“氦星”，它們只在雙星系統(tǒng)中形成，其氫外殼會被系統(tǒng)中的另一顆恒星推開，留下一個純氦內(nèi)核。研究小組對這類恒星進行了模擬，試圖了解它們在超新星爆發(fā)后會發(fā)生什么。這取決于兩個因素，一是剩余內(nèi)核的質(zhì)量，二是超新星爆炸的強度。
研究小組通過恒星演化模型發(fā)現(xiàn)，對于氦星而言，其部分氦外層會在超新星爆炸中被拋出，使恒星質(zhì)量降低至無法演變?yōu)楹诙吹某潭取＿@或許可以解釋大質(zhì)量中子星的起源，但它們?yōu)槭裁丛趲в忻}沖星的雙星系統(tǒng)中不那么明顯呢？
回答這一問題，我們需要了解雙星系統(tǒng)中的一個標準過程 —— 質(zhì)量傳遞。通常情況下，雙星系統(tǒng)中的一顆恒星會有部分物質(zhì)流向另一顆質(zhì)量更大的恒星，這個過程就被稱為質(zhì)量傳遞。在中子星系統(tǒng)中，這種質(zhì)量傳遞有時會使中子星加快自旋，成為脈沖星。然而，恒星的氦核越大，發(fā)生質(zhì)量傳遞的可能性就越小。因此，對于形成大質(zhì)量中子星的系統(tǒng)，不太可能最終演變成一個帶有脈沖星的雙星系統(tǒng)；這些中子星更有可能保持自己的質(zhì)量，而不是將質(zhì)量轉(zhuǎn)移到它們的伴星上，使后者成為脈沖星。
LIGO 所獲得的其他數(shù)據(jù)也支持這一理論。在宇宙中，大質(zhì)量中子星的合并似乎與質(zhì)量相對較小的中子星與脈沖星的合并一樣常見。由大質(zhì)量中子星所組成的雙星系統(tǒng)是可能存在的，只不過通常的探測方法無法“看見”它們。不過，在 LIGO 的幫助下，我們至少可以探測到這些系統(tǒng)何時發(fā)生了合并，這是朝著真正了解它們邁出的重要一步。
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