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到目前为止，科学家们已经见证了黑洞与其他黑洞的合并以及中子星与其他中子星的合并。而现在天文学家们现在正等待着黑洞与中子星合并的第一次探测——这样的碰撞可能会产生关于恒星演化和爱因斯坦广义相对论的见证，这是迄今为止对引力如何运作的最佳观测场景。
然而目前天文学家还没有观测到黑洞和中子星的碰撞，但一项新的研究发现，他们预测这样的碰撞会释放出大量的能量，但出乎意料的是，可能不会产生任何可检测到的光。
这些发现揭示了黑洞和中子星合并的关键细节，比如可探测到的光的数量和碰撞物体的质量，如何揭示合并背后的促成因素，比如驱动这些碰撞发生的动力学。
黑洞和中子星
我们知道黑洞和中子星都诞生于被称为超新星的恐怖灾难性爆炸的恒星尸体或残骸，超新星的爆发可以使一颗恒星瞬间或者短暂超越其星系中所有其他恒星的光芒。当一颗恒星变成超新星时，其残骸的核心会在自身的引力作用下崩塌。如果这个残骸足够大，它可能会形成一个黑洞，其引力强大到连光都无法逃脱。质量较小的核心会形成中子星，之所以这样命名，是因为它的重力足够强大，可以把质子和电子一起压碎，形成中子。
研究人员提出了两种方式来见证这些巨大的合并。他们可以寻找碰撞发出的光或电磁辐射的类型，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线和伽玛射线。或者，他们可以尝试探测时空结构中的涟漪，即所谓的引力波。
目前，科学家们已经有了一个坚实的理论框架，来解释如果一个中子星和一个黑洞的合并是由双星(相互环绕的双星对)在相对孤立的状态下形成的，那么这两个物体会是什么样子，科学界已经通过模拟制造出了这一惊人的景象。
德国海德堡大学的天体物理学家曼努埃尔·阿卡·萨达解释说:“这两颗恒星可以通过各自的演化阶段相互影响。例如，共享一个共同的气团，将物质从一颗恒星转移到另一颗恒星，并增加或减少相互间的距离。”而先前的研究表明，黑洞和中子星之间的合并可能每年每十亿立方秒发生100次，相当于大约347亿光年的体积。
然而，当这些死去的恒星被密集的数百万颗恒星所包围时，它们之间的相互作用方式仍有很多无法确定的地方。现在，萨达发现这种情况可以证明与孤立的合并有很大的不同。
模拟研究：可能的真相
为此，萨达进行了240000次计算机模拟，主要模拟了中子星和黑洞在致密星团中的行为。他着重研究了由中子星和伴星组成的双星对与黑洞相遇的情况，以及黑洞和伴星与中子星相撞的情况。他改变了所有这些天体的质量和轨道，以及星团中其他恒星的基本属性，比如它们的元素组成和速度。
结果有一个不同寻常的发现是，在稠密的星团中，黑洞和中子星可以合并而不产生任何可探测到的光，尽管合并仍会产生大量引力波。当中子星坠入黑洞而没有变成炽热明亮的碎片时，就会发生这种情况。而当黑洞的质量是太阳的10倍以上，甚至大到足以吞噬中子星时，这样的情况就容易发生了。
但是这些密集星团中的合并与孤立的合并的另一个不同之处在于，它们通常拥有比最低限度还重的黑洞，这些黑洞的平均质量是太阳的20倍以上。相比之下，根据2018年发表在《皇家天文学会月刊》上的另一项研究，在黑洞与中子星之间的孤立合并中，黑洞的质量往往是太阳的7倍左右，一般不超过20个太阳的质量。
结论
研究指出，这些发现表明，如果黑洞和中子星之间的合并以密集的星系团形式发生，它们可以产生独特的性质，科学家可以利用这些性质将这些合并与孤立的合并区分开来。引力波天文台等欧洲太空总署的激光干涉仪的空间天线(LISA)任务,计划于2034年发射，可以检测等合并在密集的集群，比如银河系最近的星系邻居----仙女座星系。相比之下，未来更先进的引力波天文台可能对更高的频率更敏感，因此可以发现更近的合并。
在未来，Arca Sedda计划模拟一个有几百万颗恒星的重星团，它将同时计算所有的恒星并检查中子星黑洞合并的形成，不过，这将是一项艰巨的任务。到目前为止，世界上只有五种模拟方法可以解释100万颗恒星，因此这将是一个巨大的挑战。
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