據外媒報道，一項新研究顯示，在超新星中被剝離的大質量恆星的爆炸如何導致重中子星或輕黑洞的形成解決了引力波觀測站LIGO和Virgo對中子星合併的探測中出現的最具挑戰性的難題之一。
高級激光干涉儀引力波天文台(LIGO)在2017年首次探測到的引力波是中子星合併，大部分符合天體物理學家的預期。但2019年的第二次探測則是兩顆中子星的合併，其合併質量之大出乎意料。
加州大學聖克魯斯分校天文學和天體物理學教授Enrico Ramirez-Ruiz說道：“這太令人震驚了，我們不得不開始思考如何在不使其成為脈衝星的情況下創造一個重中子星。”
像中子星和黑洞這樣緊湊的天體物理學物體的研究具有挑戰性，因為當它們穩定的時候它們往往是不可見的、不會發出可探測的輻射。Rmirez-Ruiz指出：“這意味着我們在能夠觀察到的東西方面有偏差。我們在銀河系中檢測到了中子星雙星，當時其中一個是脈衝星，而這些脈衝星的質量幾乎都是一樣的–我們沒有看到任何重的中子星。”
LIGO檢測到重中子星合併的速度跟較輕的雙星系統相似，這意味着重中子星對應該是比較常見的。那麼為什麼它們沒有出現在脈衝星群中呢？
在新研究中，Ramirez-Ruiz和他的同事專註於雙星系統中的剝離星的超新星，這些剝離星可以形成由兩顆中子星或一顆中子星和一個黑洞組成的“雙緊湊天體”。剝離的恆星也被稱為氦星，是一顆因跟伴星的相互作用而去掉了氫氣包膜的恆星。
這項研究於2021年10月8日發表在《Astrophysical Journal Letters》上。
Vigna-Gomez指出：“我們使用詳細的恆星模型來跟蹤一顆剝離的恆星的演變，直到它在超新星中爆炸的那一刻。一旦我們到達超新星的時間，我們就會做一個流體力學研究，我們對跟蹤爆炸氣體的演變感興趣。”
被剝離的恆星其質量在一個跟中子星同伴的雙星系統中開始時比我們的太陽大十倍，但在直徑上卻比太陽還小。其演化的最後階段是核心塌縮超新星，它留下的是一顆中子星或一個黑洞，具體取決於核心的最終質量。
研究小組的結果顯示，當這個巨大的剝離星爆炸時，它的一些外層被迅速地從雙星系統中彈出。然而一些內層沒有被彈出，最終落回新形成的緊湊物體上。
Vigna-Gomez表示：“增加的物質數量取決於爆炸能量–能量越高，你能保留的質量就越少。對於我們的十太陽質量的剝離恆星來說，如果爆炸能量低，那麼它將形成一個黑洞；如果能量大，它將保持較少的質量，然後形成一個中子星。”
這些結果不僅解釋了重中子星雙星系統的形成如引力波事件GW190425所揭示的系統，而且還預測了中子星和輕黑洞雙星的形成如2020年引力波事件GW200115中合併的系統。
另一個重要的發現是，剝離恆星的氦核的質量對於決定其跟中子星同伴的相互作用的性質和雙星系統的最終命運至關重要。足夠大質量的氦星可以避免將質量轉移到中子星上。然而對於質量較小的氦星，質量轉移過程可以將中子星變成一個快速旋轉的脈衝星。
Ramirez-Ruiz說道：“當氦核小的時候，它就會膨脹，然後質量轉移使中子星旋轉起來進而形成一個脈衝星。然而，大質量的氦核受到更多的引力約束，不會膨脹，所以沒有質量轉移。如果它們不旋轉成脈衝星，我們就看不到它們。”
換言之，在我們的銀河系中，很可能存在大量未被發現的重中子星雙星群。
“將質量轉移到中子星上是創造快速旋轉（毫秒級）脈衝星的有效機制，”Vigna-Gomez說道，“像我們建議的那樣避免這種質量轉移的情節，這在暗示在銀河系中有一個無線電安靜的這類系統的群體。”