天文观测中如何区别双黑洞合并和双中子星合并

无论是黑洞合并还是中子星合并，都是宇宙中顶级能量释放的事件，两者都会对时空产生巨大的涟漪，一直到传播到数亿光年外的地球被引力波天文台感知，但吃瓜群众问题也来了，两者都属于超级质量的合并，同样的时空波动，我们如何来区分？先不忙区分，我们先来了解下两者的过程。

一、黑洞合并事件

北京时间2016年2月11日23：30分，美国国家科学基金会在华盛顿国家媒体中心宣布：人类首次以直接方式探测到了引力波！

上图是两个相距3000千米的LIGO引力波天文台探测到的结果，第一个波形是汉福德的引力波天文台接收到的，第二个波形是路易斯安那州利文斯顿LIGO引力波天文台接收到，第三个是两者叠加后的信号！几乎完美契合，横坐标是时间，请注意其时间非常短暂，1S不到即彻底消失，有效信号甚至在1/4以内！

上图是引力波探测的原理，两束干涉激光在相距数千米的反射镜来回反射，如果时空绝对平直的话，两束光的光程是绝对一致的，但当时空涟漪扫过两个探测器时，光程就会出现差异，我们以这个原理来确认是否有引力波扫过地球

此次LIGO探测到的引力波是13亿光年外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的，一个质量为太阳的29倍，另一个为太阳的36倍，两者合并后产生了一个62倍太阳的质量，眼尖的童鞋应该发现是不是少了3个太阳的质量？其实我们探测到的时空波动的能量就来自于这三个消失的太阳质量！

二、中子星合并事件

北京时间2017年8月17日29点41分零4秒，LIGO探测器探测到了一段特别长的引力波信号！大约2S之后NASA的费米空间望远镜观测到了一个伽玛射线暴信号（GRB170817A）。

中国的“慧眼”卫星也对此次事件进行了观测，最终全球上百台望远镜都对准了这一区域，从紫外到光学以及近红外波段对这个区域来了一个彻底的围观！

这次引力波事件的两颗中子星位于1.3亿光年以外，超长时间的引力波信号同时又伴随着伽玛射线暴，而且后续的多波段联合探测，对了解引力波细节的科学研究意义十分重大！

三、中子星合并和黑洞合并的引力波事件差异

1. 黑洞合并的时间极其短暂，在0.5S之内，有效信号甚至小于0.25S！中子星合并时间超长，此次中子星合并时间长达100S，这是非常罕见的！

2. 中子星合并伴随射电信号，尽管理论上黑洞合并也可能存在射电信号或者弱射电信号，但至少到现在为止还没观测到

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   黑洞的质量远超中子星，质量并无上限，比如第一次两个黑洞的质量都大于太阳的30倍，而中子星质量明显不如黑洞，两者的规模上也不在一个档次

4. 伽玛射线暴在引力波探测到合并信号后2S才到达地球，其实并不表示引力波的速度超过了电磁波，而是中子星合并后在周围产生了多个电磁波信号反射体，最终突出到的信号才被我们探测到，因此有延迟也是正常现象，但引力波似乎没有什么介质可以挡住它，除非一个没有空间的区域！

   
   

   

   
   

中国的“慧眼”卫星在尽管没有在第一时间围观到中子星合并事件，但“慧眼”在伽马射线波段灵敏度是当时观测的设备中条件中最好的，因此“慧眼”的贡献让整个团队110名科学家加入了此次中子星合并的观测贡献名录！

引力波的研究刚刚开始，未来随着空间引力波探测构建，我们将获取到更多的宇宙秘密，因为最原初的引力波信号可能携带了宇宙大爆炸时候的信息，这是人类窥见宇宙诞生的终极武器，希望我们能早日获得成功！