先说简要结论：

相同：双星并合实际上就是系统的能量-动量重新分布的过程，在这个过程中无论是双黑洞还是双中子星，质量的四极距以及更高极距必然会发生改变，因此都会释放引力辐射。

差异：这个过程还涉及到双星（及并合后的最终产物）的结构和物态方程，黑洞和中子星并合的差异皆来源于此，具体体现为引力辐射的波形有差异，并且双中子星并合还有光子、中微子等窗口的观测效应，而一般的双黑洞并合则没有。

要说双星系统的并合，就不能不提到整个双星系统的演化历史，如图1所示，可以分成旋进、并合和铃宕三个阶段。其中旋进阶段双星的间距远大于双星自身尺度，可以当做双质点来处理，通常不需要考虑双星内部结构和物态（当然，如果精确计算，结构和物态其实也是有效应的），所以在旋进阶段双中子星和双黑洞的差异并不大。并合是两个天体合二为一的过程，而铃宕是合二为一后的产物继续演化到稳定状态的过程，并合和铃宕在很多情况下也可以看成是一个过程。很明显并合-铃宕阶段中，双星及其最终产物都不能再被视作质点，这个过程中涉及到中子星或黑洞的形变，必须要考虑其结构和物态方程，这时双中子星和双黑洞的差异就明显体现出来。

旋进阶段的双中子星和双黑洞差异很小，二者的引力辐射大致都符合图2所描绘的波形，频率和幅度都越来越高，如果把这种信号转化成音频（额，本来做了个音频，结果知乎表示只能传视频，结果结果转换成视频，却上传总是失败！），听起来就和鸟叫虫鸣一般，所以这种信号也被称为chirp，而频率的变化率则正比于 ，其中 为双星的质量，因此 也被定义为双星系统的chirp mass。

不过以上只是最低阶的近似估算，如果有一种高精度的手段来观测双中子星和双黑洞系统的轨道或者引力辐射波形，还是能发现二者的微弱区别的。对于旋转的中子星或者黑洞，其不仅有自旋角动量（质量的偶极分布），还有更高极距的分布。但是黑洞由于有无毛定理的约束，一旦质量 和角动量 确定了，其高极距就完全确定了，不携带任何额外的信息。以四极距为例，黑洞的四极距标量为 。但是中子星的四极距还和其物态方程参数有关，如果将其参数化可以写为 ， 其中 是无量纲参数，但是和 以及物态方程参数都有关，不是常数。

而中子星或者黑洞质量的四极距分布也是会影响轨道运动以及引力波形的，不过效果极其微弱，需要高精度或者长时标的观测才能确定差异（如图3）。不过随着双星辐射引力波损失能量而不断接近，这些效应也会越来越显著。

并合和铃宕阶段，由于这个阶段双星的演化和物态方程密切相关，所以双黑洞和双中子星会有很大的不同。

并合阶段双黑洞系统的时空背景以及严重弯曲，双黑洞的视界形状也被扭曲得很不规则，不再是通常的球对称或者旋转对称的，此时的度规只能用数值相对论求解。双黑洞并合后产生的大黑洞最最初也是不规则形状的，但迅速演化到稳定的史瓦西黑洞或者克尔黑洞，随着视界形状的改变，也会释放出引力辐射，演化的时标为 (和此时引力辐射的周期相当，所以并合后的引力波震荡不了几个周期就会迅速衰减）。而铃宕阶段末期，最终时空背景又会趋于史瓦西度规或者克尔度规，产物大黑洞视界的演化可以用quasi-normal mode的方法近似求解。

而双中子星不仅要考虑弯曲的时空（及其复杂的数值计算），还得考虑中子星的物态模型（依赖于强子物理以及QCD的性质，目前还有很多不清楚之处），比双黑洞的情况复杂得多。不过可以预计的是，由于中子星内部有强大的中子简并压来抗衡引力，所以中子星内部一旦有了扰动，振荡的周期会大于 。

因此双黑洞并合后的引力波会在几个周期内迅速衰减，而双中子星并合后的引力辐射的衰减则会缓慢得多。因为双中子星并合的最终产物有可能是中子星（小于奥本海默极限 ），也有可能是黑洞 )，甚至可能是传说中的夸克星（在此不做讨论）。有可能在形成黑洞后，引力辐射就突然衰减。

以上过程的引力辐射都在图4展示，需要注意的是，图4只是便于理解的示意图，实际上引力辐射会更复杂，引力辐射幅度只是大致趋势为衰减，完全有可能在某个时刻突然增强很多（比如在双中子星并合后黑洞形成的时刻），这就取决于具体的中子星物态模型了。

另外，双中子星并合同时涉及到四种相互作用，因此除了引力辐射外还会有全波段的电磁辐射，以及中微子辐射，因此可以期待同时观测到引力波、电磁、中微子信号，即多信使（Multi-messenger）观测。目前已经有这样的观测了，如GW170817事件。

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：知乎用户（登录查看详情）

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