大約8.7億年前，兩顆死亡的恆星合二為一。它們的合併震撼了空間結構，產生的引力波於2019年8月14日掃過地球，在三對精心校準的雷射器中盪漾，這些雷射器旨在探測它們的透過。一個自動化系統在21秒後發出了初步警報，震動了智慧手機，並在世界各地的筆記型電腦上發出了提示音。
在首次引力波探測獲得諾貝爾獎幾年後，這種警報變得司空見慣，首次探測源於一對碰撞的黑洞。然而，這一次，天體物理學家立即意識到觀測到的事件很特別。“當我看到資料時，我驚呆了，”富勒頓加州州立大學的傑弗裡·洛夫萊斯說，他是雷射干涉引力波天文臺（LIGO）科學合作組織的成員。
這次引力波是由美國的LIGO和義大利的Virgo天文臺於UTC時間2019年8月14日21:11:18探測到的。自動初步分析將其歸類為一對質量太小而無法分類的天體之間前所未有的合併，促使天文學家爭先恐後地尋找來自該事件的額外電磁輻射。隨後的分析將訊號重新歸類為黑洞和中子星之間的碰撞，中子星是一種恆星殘骸，引力將整個太陽的質量壓縮成一個城市大小的球體。這可能是首次有信心地探測到此類事件，並且繼黑洞-黑洞融合和兩顆中子星之間的合併之後，這是引力波探測到的第三種碰撞型別。雖然分類仍不確定，但這個現在被稱為GW190814的事件標誌著天體物理學研究新時代的開始，對研究人員理解愛因斯坦的廣義相對論、恆星的死亡和極端物質的行為具有重要意義。
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“超出圖表”的訊號
LIGO合作者、賓夕法尼亞州立大學的天體物理學家查德·漢納和他的妻子正在慶祝結婚紀念日，這時他的手機響了。他的團隊專門從事LIGO事件的快速分類，因此他立即登入查看了引力波的詳細資訊。“我首先知道的是它非常重要，”漢納說，“響亮得有點超出圖表。”
LIGO-Virgo合作的演算法管道幾乎立即根據引力波的形狀、持續時間和其他因素輸出基本分類——漢納的團隊的目標是20秒以內——以便天文學家可以立即將望遠鏡轉向引力波來自的天空方向。
在8月的那一天，自動系統自信地宣佈，產生GW190814的物體中至少有一個落入了“質量缺口”，這是一片荒地，跨越三到五個太陽質量，似乎沒有黑洞和中子星。所有已知的黑洞都重於五個太陽，而所有已知的中子星——由質量較輕的恆星誕生，這些恆星停止了變成黑洞——都輕於三個太陽。質量缺口探測本將是LIGO-Virgo的首次——這將銳化將最重的中子星與最輕的黑洞區分開來的理論界限——但初步標籤不會持續。“全球各地都有交接班，”C.S.U.富勒頓的天體物理學家、LIGO成員喬斯林·裡德說，從當天下午美國的的研究人員開始，計算工作一直持續到第二天早上在歐洲進行。
美國科學家在2019年8月14日醒來時，迎來了一個新的分類。人工分析已將該事件確定為中子星-黑洞合併，置信度超過99%。LIGO-Virgo已經聽到了十多次黑洞對的碰撞，以及兩對中子星的碰撞，但它從未確鑿地聽到過黑洞吞噬中子星的隆隆聲。
石溪大學的天文學教授、核天體物理學的先驅詹姆斯·拉蒂默說：“這是我期待已久的事情，”他在1976年的論文中表明，中子星-黑洞合併可以將金和鈾等重元素噴射到太空中。
研究人員在2019年4月探測到了類似的引力波，但他們無法確認它來自深空——與該潛在事件相關的訊號模型表明，它有60%的機率起源於地面隆隆聲，並且預計大約每20個月會出現一次這種虛假探測。然而，2019年8月的訊號最初看起來非常清晰，以至於誤報將是萬億年一遇的事件。“當它超過宇宙的年齡時，”洛夫萊斯說，“你就知道這是真的。” 後來更全面的分析將誤報定為萬年一遇的事件。
然而，GW190814震耳欲聾的訊號並不能保證天體物理學家肯定已經捕獲了他們的首次中子星-黑洞碰撞。雖然當前的標籤清楚地將較重的物體置於黑洞領域（超過五個太陽質量），但它將較輕的伴星留在三個太陽質量以下的模糊區域。進一步的分析將這個伴星的質量細化為2.6個太陽質量，其身份仍然可以在宇宙中最重的中子星或最輕的黑洞之間搖擺不定。理論論證使物理學家懷疑黑洞的可能性更大，但在沒有更多資料的情況下，他們無法確定。
尋找光
義大利的Virgo探測器——以及LIGO的兩個探測器中的一個——最初識別出了引力波，但合作組織能夠手動整合來自第二個LIGO探測器的資料，通宵達旦地工作。來自第三個探測器的三角測量使研究人員能夠比以往任何引力波探測後更快、更精確地確定源在天空中的位置。“我打開了[新的]天空圖，我當時想，‘哦，他們不小心更新了一張空白天空圖，’”裡德回憶起她注意到標記引力波起源的小點之前的想法。
縮小的位置，僅佔天空總面積的0.06%，對於天文團隊尋找可能伴隨中子星死亡的伽馬射線閃光或可見光來說，是一個福音，如果較輕的伴星真的是中子星的話。“原則上，覆蓋該區域只需幾分鐘，”布蘭代斯大學的宇宙學家馬塞爾·蘇亞雷斯-桑托斯說，他協調了使用智利一臺四米望遠鏡上的暗能量相機進行的後續觀測。
黑洞可能已經撕碎了潛在的中子星，留下了一個閃閃發光的殘骸環，隨著它落入黑洞等待的巨口而逐漸消失。或者，黑洞可能已經乾淨利落地吞下了中子星，幾乎沒有留下任何可見的東西。LIGO-Virgo對GW190814的模擬預測了後一種情況，但沒有人確切知道實際發生了什麼。蘇亞雷斯-桑托斯和其他團隊最終沒有發現伴隨的閃光，她說這可能有助於完善關於這種同類首例事件如何發生的理論。
探測“中子星物質”
理論家們夢想著捕捉中子星的消亡，因為描述這種神秘天體內部結構的競爭理論比比皆是。核物理學家試圖窺探這些天體的內部，那裡的物質密度挑戰了目前最好的模型。例如，如果壓力將中子溶解成基本粒子的等離子體，那麼一定質量的中子星應該比它們原本的尺寸更小。當恆星螺旋式落入黑洞時產生的探測到的引力波的精細特徵可能會揭示恆星的大小，並因此揭示填充它的物質的稠度。同樣，天文學家是否看到閃光也會限制恆星的大小。加州大學伯克利分校的博士後研究員本·馬加利特說，這種對中子星尺寸的精確測量是“核物理學的聖盃”，他沒有參與觀測該事件的合作。
黑洞摧毀中子星也代表了檢驗廣義相對論的新領域。洛夫萊斯說，將愛因斯坦的引力理論應用於黑洞周圍光滑的時空結構已經足夠困難了。加入熱的、湍流的磁化中子星物質——一種有時被稱為中子星物質的奇異物質——將挑戰提升到了一個新的混亂的水平。
即使時空中的這種漣漪沒有洩露任何自然界的秘密，研究人員也相信這僅僅是未來眾多漣漪中的第一個。“我希望它能告訴我們一些關於黑洞-中子星[合併]的資訊，”洛夫萊斯說。“但即使沒有，它仍然讓我對引力天空的光明前景感到非常樂觀。”