引力波探測器或許檢測到了中子星和黑洞的碰撞

2020-12-05 天文在線

圖解:工程師正在漢福德區升級雷射幹涉引力波觀測臺,照片:雷射幹涉引力波觀測臺/加利福尼亞理工學院/麻省理工學院/傑夫·基賽爾

一對物體,每一個的質量都比太陽大,但寬度只有一個城市那麼大,它們再次在太空中產生波紋,這些波紋被地球上靈敏的引力波探測器捕捉到了。但這一次,科學家們認為他們可能探測到了更奇怪的東西。

在啟動第三次觀測後,室女座引力波探測器和兩個雷射幹涉引力波觀測站已經探測到了5個潛在的引力波信號。包括3種可能的碰撞,黑洞之間的的碰撞,一對中子星的碰撞,中子星與黑洞的碰撞。雷射幹涉引力波觀測臺和室女座科學聯合會正在幾近實時地公開發布他們的探測結果,這樣世界各地的天文學家就可以立即跟進自己的觀測結果。

加州理工學院帕薩迪納分校雷射幹涉引力波觀測實驗室實驗物理學高級博士後傑斯·麥克夫在論文上說:「我們期望在未來的觀測中,能對自然規律和宇宙規律有更多的了解。」

在2015年對撞黑洞引力波觀測獲得諾貝爾獎之後,雷射幹涉引力波觀測臺和室女座觀測現在例行地測量這些引幹波,通過其他望遠鏡測量伽馬射線暴。這些引力波穿過雷射幹涉引力波觀測臺和室女座天文臺,將雷射束分裂,把它們放到一英裡多長的管道中,然後在探測器上重新合成雷射束。引力波會導致其中一束雷射的路徑發生變化,在雷射束聚集後產生亞原子大小的幹涉圖樣。

黑洞碰撞已經幾乎成為家常便飯,然而中子星碰撞產生了大量有趣的科學結果,因為它伴隨著相應的電磁信號。中子星碰撞產生的爆炸被稱為「基洛諾瓦」(kilonova),它提供了強大的能量,這些能量能夠產生許多比鐵更重的元素,在我們的太陽系中也是如此。碰撞也提供了一種測量方法,通過比較碰撞產生的光的波長與引力波到達地球的距離來測量宇宙膨脹的速度。雷射幹涉引力波觀測臺和室女座天文臺科學家測量到第二次中子星碰撞。

但直到今年,探測器才發現黑洞與中子星碰撞。這種檢測在很多方面都有幫助。這是第一次,所以本身就很有趣。但它也能幫助科學家解說宇宙中這對中子星的位置,以及黑洞相對於雙子星旋轉的方向。麻省理工學院雷射幹涉引力波觀測實驗室助理教授薩爾瓦託·維塔萊在論文上說,這將為測量宇宙膨脹提供一種更好的方法。科學家測量宇宙膨脹速度的各種方法之間存在差異,因此任何額外的獨立測量都是有幫助的。

雷射幹涉引力波觀測臺和室女座觀測臺宣稱信號探測主要通過GCN環行向全世界的天文學家提供各種各樣的證據,包括波源的大致位置,探測器發現錯誤警報的可能性,以及可能產生信號的原因。

哈佛大學天文學教授埃多·伯傑表示:「後續研究小組對再次發生的事情感到非常興奮。」他解釋說,今年的信號傳來時,他的一名學生正在做博士答辯,他們的手機都發出了警報。

但伯傑說,對所有這些信號進行跟蹤一直是而且未來也是具有挑戰的。目前,他覺得GCN的通告中缺少了一些可能有用的引力波數據,特別是考慮到望遠鏡時間的價值。「我們掌握的信息越多,我們將會獲得的信息就會更加明確」,關於那些要跟進的事件。他解釋說,該事件很有可能是一場虛驚。

儘管如此,這對天體物理學來說仍然是一個激動人心的時刻——中子星的碰撞可能每個月都會發生,而來自宇宙更遠處的黑洞碰撞則更為頻繁。更多的數據使得我們了解到更多關於這些強大事件的信息。現在,引力波探測器比以往更加靈敏,並將在2020年春季觀測結束時得到進一步的升級。屆時,日本探測器神岡引力波探測器也將加入該組織。當有一些成長的痛苦以及巨大的努力所帶來的爭論,世界範圍內不同類型的天文臺之間的合作使科學家們對宇宙的了解更為深刻。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Ryan F. Mandelbaum- gizmodo-小貓頭

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