解码双中子星合并之谜：快速射电暴与引力波的潜在联系

原创 Eugene Wang 万象经验

快速射电暴是指在射电波段发生的毫秒级别的短暂而强烈的爆发，它们通常来自于宇宙深处，具有很高的色散测量，即射电波在穿越星际介质时不同频率的延迟。快速射电暴是一种神秘而多样化的天体现象，目前已经探测到了600多个，其中一些是重复发生的。快速射电暴的起源机制还不清楚，有很多种可能的候选源，比如年轻的磁星、脉冲星-白矮星双星系统、黑洞-恒星碰撞等等。

双中子星合并是指由两颗中子星组成的紧密双星系统，它们会因为引力辐射而缓慢地靠近彼此，最终在数亿年后发生合并。双中子星合并是一种极端而剧烈的天体事件，它会同时产生多种电磁辐射和引力波信号。引力波是指时空扭曲所产生的波动，它可以被地面上的激光干涉引力波天文台探测到。电磁辐射则包括伽玛射线暴、射电余辉等等。目前已经探测到了两个双中子星合并事件，分别是GW170817和GW190425。

两者之间有什么联系吗？

早在2006年，就有人提出了快速射电暴可能与紧凑天体合并有关的理论。这个理论认为，在中子星合并后，可能会留下一个超大质量、高度磁化的紧凑天体（比如超大质量中子星或夸克星），它会因为自转减速而失去角动量，并在一定时间后坍塌成黑洞。在坍塌的过程中，它会通过抛射磁层而产生一个快速射电暴。这个理论的一个重要预言是，快速射电暴应该发生在双中子星合并后的几个小时到几天之内，并且应该位于双中子星合并的引力波定位区域内。

而在一篇新的论文中，报告了一个可能符合这个理论的巧合，即FRB 20190425A和GW190425之间的一致性。他们使用了公开的CHIME FRB数据和LIGO-Virgo数据，并对它们进行了匹配搜索。他们发现，FRB 20190425A发生在GW190425之后2.5小时，且位于GW190425的引力波定位区域内。此外，FRB 20190425A的色散测量值也与GW190425的引力波距离估计相一致。

他们估计了这种巧合发生的概率，发现它只有0.0052，即在不相关的快速射电暴和引力波事件的数据库中，只有0.0052的概率会出现这样的巧合。他们还估计了CHIME探测到这样一个事件的概率，发现它在0.4%到68%之间，取决于快速射电暴的亮度和CHIME的波束灵敏度。因此，这个巧合有可能是真实的物理关联，而不是偶然的背景噪声。

这个关联意味着什么？

如果FRB 20190425A和GW190425真的是由同一个双中子星合并产生的，那么这将对我们对合并后遗物的理解有很大的启示。首先，这意味着中子星合并后不一定会直接形成黑洞，而是可能会形成一个暂时稳定的超大质量紧凑天体，它会在一段时间后坍塌成黑洞，并在坍塌过程中发出快速射电暴。

其次，这意味着双中子星合并后遗物的物态方程必须是比较刚性的，即能够支撑起超大质量紧凑天体的存在。研究人员根据快速射电暴和引力波的观测数据，对双中子星合并后遗物的物态方程进行了约束，发现它要求中子星或夸克星的最大质量必须大于2.6太阳质量。这个结果与其他方法得到的物态方程约束是一致的，也与一些理论模型是符合的。

这个关联有多可信？

当然，我们不能仅仅根据一个巧合就断定快速射电暴和双中子星合并之间有着因果联系。我们需要更多的观测数据和理论分析来验证这个假设。目前，这个关联还存在一些不确定性和困难。比如：

FRB 20190425A和GW190425之间的时间延迟为2.5小时，这比理论预期要长得多。研究人员认为这可能是由于双中子星合并后遗物自转减速所导致的，但这需要更多的模拟来支持。

FRB 20190425A和GW190425之间没有观测到其他类型的电磁辐射，比如伽玛射线暴或射电余辉。这可能是由于观测条件不佳或者辐射机制不同所造成的，但也可能是由于快速射电暴和双中子星合并之间没有真正的物理联系。

继续滑动看下一个