Formation of heavy double neutron stars II: the role of heavy first-born neutron stars and low metallicity
本文表明，像 GW190425 这样的大质量双中子星是罕见的产物（约占总体的 0.5%），它们主要是通过标准通道而非独特的机制形成的，仅代表了标准双中子星群体中的高质量尾部，且与金属丰度没有显著的相关性。
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在宇宙寂静的低鸣深处，两颗死去的恒星正相互螺旋靠近，陷入一场最终且致命的拥抱。这些是双中子星，是那些已经耗尽燃料并发生爆炸的大质量恒星所留下的坍缩核心。当它们碰撞时，会向时空中发送被称为引力波的涟漪，这一现象彻底改变了我们聆听宇宙的方式。多年来，天文学家一直在记录这些碰撞，发现大多数碰撞涉及的星系对总质量约为太阳质量的两倍半。但 2,019 年探测到的一个事件打破了这一模式。这次名为 GW190425 的碰撞涉及一对如此沉重的中子星，其总质量约为太阳质量的 3.4 倍。这一发现是一个谜题，因为在我们的银河系中从未见过如此沉重的星对，天文学家曾利用射电望远镜在银河系中仔细追踪过数十个此类系统。这种重量级组合的存在挑战了我们对这些恒星对如何诞生和演化的理解，迫使科学家们追问：是否存在一种隐藏的机制创造了它们，还是说我们现有的理论遗漏了某个关键环节。
为了解决这个谜团，研究团队求助于最强大的工具：用于模拟恒星生命的详细计算机模型，这些模型可以追踪恒星演化从开始到结束的物理过程。他们专注于一个特定的时刻，即一个已经包含一颗中子星的双星系统开始其最后的舞蹈。在这些系统中，第二颗恒星被剥离了外层，显露出炽热、致密的氦核，并开始向其中子星伴星转移物质。研究人员想知道，这一过程是否能自然地产生引力波数据中所见的重质量星对，还是需要某种奇异且不太可能的场景。他们构建了一个庞大的模拟网格，测试当第一颗中子星较重或较轻，以及系统在具有不同化学组成（即金属丰度）的环境中形成时，结果会如何变化。通过运行这些模型，他们可以观察数千个潜在星对的命运，并观察哪些星对最终成为了观测站探测到的重质量合并事件。
这项广泛模拟的结果显示，此类重质量星对的形成是一个罕见事件，仅出现在约 0.5% 的双中子星系统中。尽管有些理论认为这些重质量系统必须来自一种特殊的“快速合并”通道，或者需要一种非常特定类型的大质量恒星，但研究人员发现，它们源于创造我们在银河系中看到的较轻星对的同一标准过程。在这种标准路径中，氦星会发生膨胀并将物质以稳定的流形式倾倒到中子星上，最终坍缩成第二颗中子星。模拟表明，即使使用最重的第一颗中子星或最重的氦星，“快速合并”通道（即第二次不稳定的坍缩发生得很快）也不会在太阳金属丰度下对这些重质量星对的形成做出贡献。相反，这些重质量系统仅仅是正常种群中的高质量尾部，即常见过程中的统计异常值。
研究还探讨了恒星诞生的化学环境（特别是重元素的含量）是否发挥了作用。在宇宙中，诞生在重元素较少区域的恒星损失的恒星风较少，这可能使其留下更重的核心。研究人员通过模拟在重元素比太阳少 10 倍和 100 倍的环境中的系统来测试这一点。虽然他们发现较低的金属丰度确实允许产生稍重一些的第二颗中子星，但重质量双中子星的总比例并没有发生显著变化。这种差异微乎其微，表明重质量星对的形成并不强烈依赖于星系的化学构成。这一发现反驳了之前的某些观点，即重质量星对是仅在早期贫金属宇宙中形成的独特亚群。
最终，论文得出结论，重质量双中子星 GW190425 并不需要一种新的、奇异的解释。它很可能只是标准形成过程中一种罕见的、自然发生的变体。我们在银河系中没有看到如此沉重的星对，很可能是由于该事件的极度稀有性以及使用射电望远镜探测它们的难度，而非它们制造方式存在根本差异。研究人员指出，随着引力波探测器变得更加灵敏，我们可能会发现这些重质量星对在遥远的宇宙中比在我们的局部邻里更为常见，仅仅是因为它们在年轻且高速旋转时更难被发现。目前，GW190425 的谜团并非通过寻找新的物理定律来解决，而是通过认识到大自然偶尔会用制造其余队员的同样配方，造就出一位重量级冠军。
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