在剛剛過去的4月份,美國國家航空航天局(NASA)在短短的一個月內,就探測到五個神秘的時空震動信號,疑似引力波。其中三個可能是來源於黑洞之間的相互碰撞事件,有一個可能來自於兩顆中子星相互碰撞事件,還有一個事件可能是來自黑洞與中子星之間的碰撞。其中,最後一個事件最為引人注目,如果得到證實,這將是人類第一次探測到此類事件。
如此密集地探測到引力波事件,是因為NASA的兩個引力波天文臺剛剛完成了最新的升級,這次升級大大提高了它們對引力波的敏感性。它們分別是雷射幹涉儀引力波天文臺(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,LIGO)和處女座引力波探測器(Virgo)。美國加州理工學院(California Institute of Technology)物理學家大衛雷茲(David Reitze)說,事實證明,最新升級的「LIGO——處女座」組合,性能非常卓越。到底有多麼卓越呢?自從2015年首次探測到引力波以來,「LIGO——處女座」組合總共探測到13次黑洞合併,2次中子星合併。而在升級之後,一個月內就探測到五次引力波。
引力波的概念最早來自於愛因斯坦基於廣義相對論的預言,他提出物體的質量可以扭曲時間和空間的結構。當像黑洞或中子星這樣的大質量物體發生碰撞時,就會產生這種扭曲時空的效應,也就是引力波。這個預言最早提出是在1915年,但是直到2015年,引力波才被「LIGO——處女座」組合探測到。
4月25日接收到的引力波信號,科學家認為是來自距離地球5億光年的兩顆中子星相互碰撞引起的。這是有史以來第二次探測到來自兩顆中子星相互碰撞的引力波信號。中子星是巨型恆星爆炸後形成的緻密核心,兩顆中子星碰撞會引發爆炸,爆炸過程中會發生原子核聚變反應,生成各種重金屬元素,例如黃金、鉑金、鈾、錒系元素等。
4月26日探測到的一個信號,科學家認為是一個黑洞和一個中子星在合併,發生在大約12億光年之外。當黑洞碰撞時,它們會扭曲時空結構,形成引力波。而當中子星合併時,不僅會釋放出引力波,還會釋放出各種波長的電磁波,包括可見光、伽馬射線和無線電波。因此,在用「LIGO——處女座」組合探測到引力波信號後,科學家就要抓緊時間調整望遠鏡,將望遠鏡聚焦到這個引力波來源的方向,根據碰撞過程釋放的射線精確定位這起事件。如果能仔細觀測這類事件,或許可以獲得神秘的中子星內部超緻密物質的組成與性質的信息,並有助於精確測量宇宙膨脹的速度。
不過,幾百臺望遠鏡一起望向引力波傳來的方向也未必能捕捉到一點有價值的信息,實際的觀測過程非常困難。美國威斯康星大學(University of Wisconsin Millwaukee)物理學家、LIGO發言人布萊迪(Patrick Brady)解釋說,由於天空中星體的數量確實太多,而且亮度也在快速變化,所以尋找與引力波信號相關的爆炸事件是一項十分具有挑戰性的工作。
結語
微弱的引力波來自遙遠的宇宙空間,必須靠極為給力的科技神器才能探測到。NASA的天文臺這次升級非常成功,盡顯美國的科技實力。
不過,中國現在也能探測引力波了,新建成的500米口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,簡稱FAST)具備這項功能。
為我國蒸蒸日上的科技實力自豪。