中子星碰撞是否会产生黑洞？

原标题：中子星碰撞是否会产生黑洞？

原则上，创建恒星质量的黑洞很容易。只需等待一颗大恒星到达寿命尽头，然后观察其核心在自重作用下坍塌。如果核心的质量大于2-3个太阳，则它将成为黑洞。小于约2.2太阳质量，它将成为中子星。小于1.4太阳质量，它变成白矮星。

两颗中子星的碰撞也可能形成黑洞。如果它们合并到一个超出临界限制的对象中，则应创建一个黑洞。但是那个限制到底是什么？一项《Physical Review Letters》的新研究试图回答这个问题。该团队对中子星合并进行了几次计算机模拟，发现关键极限不仅与两颗星的总质量有关。取而代之的是，结果取决于中子星的内部结构，这仍然是我们尚不完全了解的。

夸克核心的例证在中子星的。图片来源：CSC的Jyrki Hokkanen – IT科学技术中心

中子星的内部取决于核物质的状态方程，该方程描述了诸如物质的坚硬程度以及其传导热量的能力等事物。有几个提议的状态方程，每个状态方程的属性略有不同，因此该团队使用一系列状态方程模拟了合并。

他们发现，如果中子星的内部相对弹性或“柔软”，那么即使小中子星的合并也将产生黑洞。但是，如果内部较硬，则它们不会塌陷成黑洞。取而代之的是，它们将产生一个巨大的，快速旋转的中子星，该中子星可以抵抗重力崩溃。确定结果的一个关键因素是核子在碰撞过程中是否分裂成夸克。

LIGO-Virgo发现了中子星合并。图片来源：LIGO-Virgo / Frank Elavsky /西北大学

这项研究可能证明对我们了解中子星和黑洞至关重要。2017年，引力波天文台LIGO和处女座发现了两个中子星的合并，尽管他们无法分辨结果是黑洞还是大中子星。随着时间的流逝，应该会看到更多的合并，而且我们应该能够确定创建黑洞的关键限制。结合这项新工作，我们应该能够确定哪个状态方程可以最好地描述中子星内部。

（参考：Andreas Bauswein, et al. “Equation of State Constraints from the Threshold Binary Mass for Prompt Collapse of Neutron Star Mergers.” Physical Review Letters 125.14 (2020): 141103.）

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