迄今为止，天体物理学家只从双星系统中探测到过引力波--即两个黑洞、两个中子星或两者之一的融合。从理论上讲，应该有可能探测到来自单独的非双星源的引力波，但这种难以捉摸的信号尚未被发现。

美国西北大学的研究人员现在提出，这些难以捉摸的信号可以在一个新颖的、意想不到的、完全未开发的领域中寻找： 即将死亡的大质量恒星周围的湍流、高能碎片茧。

研究人员首次利用最先进的模拟技术证明，这些茧能够发射引力波。而且，与伽马射线暴喷流不同，"茧"的引力波应该在激光干涉仪引力波天文台（LIGO）能够探测到的频段内。

西北大学的奥雷-戈特利布（Ore Gottlieb）是这项研究的负责人，他说："到目前为止，LIGO 只探测到来自双星系统的引力波，但总有一天它会探测到第一个非双星引力波源。茧是我们应该首先寻找这类来源的地方之一"。

戈特利布最近在美国天文学会第242次会议的虚拟新闻发布会上介绍了这项研究。

新源"不容忽视"

为了进行这项研究，戈特利布和他的合作者使用了最先进的新模拟技术来模拟大质量恒星的坍缩。当大质量恒星坍缩成黑洞时，可能会产生强大的粒子外流（或喷流），其速度接近光速。戈特利布的模拟对这一过程进行了建模--从恒星坍缩成黑洞到喷流逸出。

最初，他想看看黑洞周围形成的吸积盘是否会发出可探测到的引力波。但是，他的数据中不断出现一些意想不到的东西。

从黑洞诞生到脱离恒星的喷射茧演化过程（色图是离轴应变振幅的对数，声音反映的是引力波频率） 资料来源：Ore Gottlieb/CIERA/美国西北大学

戈特利布说："当我计算来自黑洞附近的引力波时，我发现了另一个干扰我计算的来源--茧。我试图忽略它。但我发现它根本无法被忽视。然后我意识到茧是一个有趣的引力波源头。"

当喷射流碰撞到垂死恒星的塌缩层时，喷射流周围会形成一个气泡或"茧"。茧是一个湍流的地方，热气和碎片在这里随机混合，并从喷流的各个方向膨胀。戈特利布解释说，当高能气泡从喷流中加速出来时，会扰动时空，产生引力波涟漪。

戈特利布说："喷流从恒星深处开始，然后钻出恒星逃逸。这就像你在墙上钻洞一样。旋转的钻头撞到墙上，碎屑从墙上溢出。钻头为这些物质提供了能量。同样，喷流穿过恒星，使恒星的物质升温并溢出。这些碎片形成了茧的热层。"

呼吁研究茧

戈特利布说，如果"茧"真的会产生引力波，那么 LIGO 应该能够在即将进行的运行中探测到它们。研究人员通常从伽马射线暴或超新星中寻找单源引力波，但天体物理学家怀疑 LIGO 能否探测到这些引力波。

喷流和超新星都是能量非常高的爆炸。但我们只能探测到频率较高的非对称爆炸产生的引力波。超新星是相当球形和对称的，因此球形爆炸不会改变恒星中的平衡质量分布而发射引力波。伽马射线暴持续数十秒，因此频率非常小，低于 LIGO 敏感的频段。

垂死恒星茧的 360 度视图（彩色图为对数应变振幅） 图片来源：Ore Gottlieb/CIERA/西北大学

相反，戈特利布要求天体物理学家将注意力重新转移到茧上，因为茧既不对称又具有高能量。他说："我们的研究是向社会发出的行动号召，将茧视为引力波的来源。我们还知道茧会发出电磁辐射，因此它们可能是多信使事件。通过研究它们，我们可以更多地了解恒星最内部发生了什么、喷流的特性以及它们在恒星爆炸中的普遍性。"