引力波正在揭开宇宙黑暗的面纱

科学家已经探测到如此多的引力波信号,他们需要一个特殊的目录来记录。但这还不是全部。他们又发现了4个新信号,其中一个信号打破了两项记录。

2015年9月14日,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到首次由13亿光年之外的两个黑洞碰撞引起的引力波事件。这个获得诺贝尔奖的发现是一件大事。建造一个先进的天文台花了几十年的时间,它能够感知时空中微小的波动,这些波动是由宇宙中最大的物体引发的一些最具能量的事件引起的。从那时起,位于意大利比萨附近的室女座探测器也一直在跟踪这些事件,以提高引力波探测的精度。

LIGO和Virgo还在2017年8月17日探测到了第一次,也是目前唯一一次中子星合并。

到目前为止,所有的黑洞合并都发生在恒星质量的黑洞之间,或者可能是在质量是太阳几十倍的大质量恒星作为超新星死亡后形成的黑洞。通过计算黑洞碰撞的次数,我们打开了一扇精致的窗户,了解我们的宇宙中双星质量的黑洞合并的频率。通过扩展,这提供了一个关于有多少恒星质量的黑洞潜伏在那里的估计。然而,我们目前的探测器还不能探测到超大质量黑洞合并时产生的引力波。

阿尔伯特·爱因斯坦100多年前在他的历史性的广义相对论中预言了这些波的存在,但直到现在技术才赶上来。自2015年以来,物理学家通过探测11个事件(10个是双黑洞,1个是中子星)巩固了爱因斯坦的预测。

你可以想象引力波就像在池塘表面产生的涟漪,石头落在中间,石头代表在黑洞(或中子星)碰撞时产生的能量,而旁氏二维表面是空间的三个维度的粗略类比。波以光速传播,碰撞物体的质量越大,产生的能量就越多,因此波的威力就越大。当这些波在宇宙的小角落里波动时,极其灵敏的引力波干涉仪可以在这些波通过我们的星球时探测到微小的时空扭曲。更重要的是,物理学家可以分析这些波来破译碰撞物体的性质,比如它们的质量以及它们在碰撞之前旋转的速度。

现在说引力波天文学是“常规”还为时过早,但随着世界各地建造更多的观测站,我们将更好地确定引力波的起源(碰撞的巨大物体在天空中的位置)并获取更微弱(因此更遥远、能量更少)的事件。

丹尼斯·考德威尔在一份声明中说:“在仅仅一年的时间里,LIGO和VIRGO的合作极大地推进了引力波科学,发现的速度表明最惊人的发现还在后面。”考德威尔是美国国家科学基金会物理部主任。

正如我们提到的,其中一些新发现将是破纪录的,比如GW170729,它是2017年7月29日新宣布的信号之一。这一信号是由两个黑洞的碰撞和合并产生的,这两个黑洞产生了一个质量为太阳80倍的黑洞。这次撞击发生在大约50亿年前的一个遥远星系中。这使得GW170729成为迄今为止发现的质量最大、距离最远的黑洞合并。

还记得我们说过黑洞越大,碰撞的能量越大吗?在碰撞过程中,这个黑洞的碰撞将五个太阳质量的黑洞质量转化为纯能量。这就是为什么信号强大到足以在宇宙中回响,在50亿年后冲刷地球。其他三个新的(更小更近的)引力波探测信号都是在2017年8月9日、18日和23日探测到的,它们分别被命名为GW170809、GW170818和GW170823。

这可能仅仅是开始

黑洞是宇宙中最神秘的物体之一。我们知道它们存在,现在我们甚至可以通过它们产生的引力波动直接测量它们的合并,但仍有许多未解之谜。这批最新发现的最大发现之一是,天体物理学家首次估计,所有恒星质量的黑洞从超新星中产生时的质量应该小于我们太阳质量的45倍。

博士后研究员克里斯·潘科在西北大学和天体物理学跨学科探索研究中心(CIERA)的一份声明中说:“引力波让我们对黑洞的数量和性质有了前所未有的了解。现在,我们对恒星质量的双黑洞合并的频率以及它们的质量有了更清晰的了解。这些测量将使我们进一步了解我们宇宙中最大的恒星是如何诞生、生存和死亡的。”

这仅仅是个开始。更多的引力波观测站正在计划在世界各地(以及在太空),现有的探测器正在进行灵敏度升级。所有迹象都表明,新的引力波目录将在未来几年迅速增长,照亮发生在宇宙最深处的黑暗事件。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/1957.html