远离我们舒适的宇宙家园，恒星正上演着我们难以想象的暴力而极端的事件。中子星，巨大恒星难以置信的致密残骸——它们一茶匙的物质重量就相当于珠穆朗玛峰——正在相互碰撞。这种碰撞会产生黑洞，并释放出被称为伽马射线暴（GRBs）的极其高能的光闪。
自1967年首次发现伽马射线暴以来，天文学家们一直对它们很感兴趣。但关于两颗中子星碰撞时究竟发生了什么，仍有许多未知。最近在《自然》杂志上发表的新研究，在对旧的伽马射线暴观测数据中发现了有用的信号，称为准周期性振荡（QPOs）。QPOs为科学家们提供了一个窗口，可以探索中子星碰撞后、但在它们坍缩成黑洞之前的那段短暂时间。它们是物质在合并中旋转和混合在一起的“指纹”。
自2016年引力波探测出现以来，许多天文学家一直专注于利用LIGO和类似实验来探索中子星合并。然而，这些观测只提供了信息的一半，因为目前的探测器只能探测到合并产生的部分引力波。要探测我们目前错失的高频波，我们可能需要等待数年——甚至数十年——才能等到爱因斯坦望远镜等新项目投入使用。
这项新研究表明，现有的伽马射线技术可能是一种探测产生高频波的相同物理过程的替代方法。QPOs是观测到的伽马射线中半规律性重复的波动，它们编码了合并物理过程的信息。研究作者分析了两个产生QPOs的事件，这些QPOs的起源尚不确定——它们可能起源于我们银河系内，也可能起源于遥远的星系之外。
“我们正在观察的是两颗恒星合并与伽马射线暴爆发之间的那一瞬间所发生的事情。这些信号要10到15年后才能在引力波中被探测到，这几乎让人沮丧，”通讯作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰大学的研究科学家Cecilia Chirenti说。“但我很急切，不想再等了！令人兴奋的是，我们现在已经能够通过伽马射线开始寻找它们并从中学习了！”
[相关：为什么巨大的中子星像太妃糖棒一样？]
两颗中子星的碰撞是探索这些奇特、死亡的星体物理学的绝佳实验室。它们的最终命运取决于高能物理学中的一个重要未知因素：描述中子星由什么构成，以及这些物质如何运动、流动和与周围环境相互作用的方程。
“中子星核心中的物质处于一种在宇宙中其他地方（包括地球上的实验室）都看不到的状态，”马里兰大学天文学家、该研究的合著者Cole Miller说。“测量中子星的性质可以让我们深入了解一个否则无法触及的物理领域。”
在寻找QPOs的过程中，研究团队探索了多个NASA空间望远镜的档案数据：费米伽马射线空间望远镜、斯威夫特天文台和康普顿伽马射线天文台。尽管这些伽马射线暴是在多年前——最早可以追溯到20世纪90年代——就已经被识别出来的，但伽马射线暴信号的巨大复杂性使得这些QPO信号直到现在才被天文学家发现。“我的一个同事诙谐地指出，‘如果你见过一个伽马射线暴，你就见过一个伽马射线暴’，”Miller说。“这使得很难判断是否存在某种振荡信号，或者那只是伽马射线暴本身就是这样的。”
[相关：黑洞可以整个吞噬中子星]
在这两个事件中，QPOs表明一个巨型中子星可能在坍缩成黑洞之前形成。Itai Linial，一位哥伦比亚大学和普林斯顿大学的天文学家，未参与此项研究，他说，在GRB过程中，黑洞是立即形成还是在坍缩成黑洞之前出现了短暂的瞬时中子星，总体上仍不清楚，但他同意这些新信号“可能是快速旋转的中子星残骸的结果。”
随着这些伽马射线信号的探测，天文学家们现在有了一种新工具来探索宇宙中最奇特、最狂野的现象。通过对大量旧数据进行挖掘，该团队现在希望利用这个工具找到更多这类奇特的合并事件的例子。
