如果中子星与黑洞相撞,会怎样呢?

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在宇宙中,中子星与黑洞的碰撞是完全有可能会发生的。这两种天体均是质量较大恒星的残骸,如果在一个双星系统中,两颗恒星的质量合适,它们最终将会演化为中子星-黑洞系统。中子星的前身恒星的质量在太阳的8到20倍之间,这些恒星最终会坍缩为质量为太阳的1.4到3倍之间的中子星,它们的半径大约为10到20千米。黑洞的前身恒星的质量大于太阳的20倍,这些恒星最终会坍缩为质量至少为太阳3倍的黑洞,它们的半径至少为9千米。

根据2005年《自然》(Nature)刊载的一项研究,天文学家发现了一起持续仅几毫秒的特殊伽马射线暴事件——GRB 050724,随后又接收到了X射线、可见光、红外线和无线电波等一系列余辉。天文学家推测,这起特殊的事件是由一颗中子星和一个黑洞合并所产生的。

理论上,随着中子星和黑洞的互相绕转,将会不断释放出越来越强的引力波,两者的轨道半径将会随之缩小。当中子星足够靠近黑洞事件视界范围时,黑洞对中子星施加的强大潮汐作用,将会把中子星拉扁,并最终撕碎中子星。大部分的中子星碎片将会被黑洞吞噬,由此可以产生各种强烈的电磁辐射。还有一些中子星碎片可能会被驱逐到太空中,结果产生诸如金、铂等重元素。最终,中子星的大部分将会增加黑洞的质量,进而增加黑洞的事件范围。目前,天文学家已经探测到双黑洞和双中子星碰撞产生的引力波,但还没有发现中子星和黑洞合并产生引力波的情况。

此外,如果中子星与质量在太阳10万倍以上的超大质量黑洞相撞,结果将会很不一样。由于超大质量黑洞的视界范围之外的潮汐作用较弱,中子星可以完好地穿过黑洞。但当中子星足够靠近奇点时,最终也会面临被撕碎的命运,这同样也会增加超大质量黑洞的质量和视界范围,尽管是微不足道的。


火星一号

中子星和黑洞都是宇宙中引力极强的天体,当两者相遇的时候,通常只有一种结果,那就是成为一个黑洞。



通常认为中子星是质量在太阳的8到30倍之间的恒星死亡后的产物,黑洞则是30倍以上的恒星死亡之后的产物,中子星的质量范围在太阳的1.44到3倍之间,但是黑洞的质量范围目前还没有发现,而恒星形成的黑洞的质量至少在太阳质量的3倍以上,有些超级黑洞的质量甚至相当于太阳的几百亿倍,这样的黑洞通常都是星系中心黑洞或者类星体。

中子星的直径通常只有十公里,但是同质量的黑洞的视界直径会更小(已知黑洞的质量都比中子星更大),当中子星遇到不同的黑洞的时候,发生的现象是不一样的,如果中子星遇到的是恒星级黑洞,且黑洞的质量在太阳的一百倍之内,那么当两者靠近的时候,首先会发生急速的旋转情况,接着中子星会被拉扁进而被撕裂,这样这个中子星就已经不存在了,它的一部分物质会因为势能和爆炸力被甩到太空中漂流,产生一部分黄金,铂金等重元素,但是它的大部分物质都会迅速铺展成黑洞的吸积盘。



在这整个过程中,会有伽马射线暴发生,黑洞的周围都会发出极其明亮的光,光度甚至会超过超新星爆发的光度,而且会产生引力波,但是光等射线以及引力波持续的时间都会很短,最长也不会超过一个小时,最短甚至只有几毫秒。比如在2005年时,天文学家曾发现一起持续仅几毫秒的特殊伽马射线暴事件——GRB 050724,通过接收到的各种射线和无线电波推论认为就是由一颗中子星和一个黑洞合并所产生的。


而如果中子星靠近的是一颗巨型的星系级黑洞,那么它的消失过程将是悄无声息的,我们在外面看的话,会发现中子星在无限的靠近黑洞,状态就好像永远停留在了那里,然而,其实它早已经穿过黑洞的视界范围,进入了黑洞的核心,通常认为黑洞的核心会有一个奇点,在奇点的附近,中子星也会被拉扁撕裂成为吸积盘,最终归入到奇点之中,发生的情况和恒星级黑洞的情况差不多,但不会有任何物质被甩到太空中。

所以,虽然中子星很强大,但当它遇到了黑洞,最终只有一种可能,那就是被吃掉后成为黑洞的一部分。


科普大世界

当中子星与黑洞相撞会怎么样?

无论是中子星相撞还是黑洞相撞,又或者是中子星与黑洞相撞,都将是宇宙尺度上的能量释放事件,全球引力检测的科学家估计就会像过节一样开心,因为他们又能出一批科研成果了,搞不好下一个诺贝尔就轮到某个大神级科学家身上。

中子星合并示意图

黑洞合并示意图

两者有区别的是,中子星合并可能形成一个新的中子星或者形成黑洞,因为中子星的下限是1.44个太阳质量,上限3.2个太阳质量,因此中子星合并后会有两个结果。当然也会伴随着质量抛洒,黄金的重元素也会在中子星合并时生成。

黑洞与黑洞合并,那不用说,肯定一个新的黑洞。

中子星与黑洞合并,几乎不用解释,黑洞打瞌睡,中子星送枕头来了,毋庸置疑,也是一个新的黑洞。

当然这几种合并也会伴随着宇宙中最强大的天文事件:伽玛射线暴,这个级别的释放出来的能量相当于太阳在整个生涯中发出的能量还要巨大。相关机构认为,银河系内的伽玛射线暴或许是地球历史上生命大灭绝的罪魁祸首之一


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