科學家再次探測到引力波 「時空漣漪」知多少

2020-12-04 中國新聞網

  中新網6月17日電 時隔四個月,美國雷射幹涉儀引力波天文臺(LIGO)再次放出重磅消息,宣布「又探測到了一個引力波事件」。人類第二次探測到被稱為「時空漣漪」的引力波,此消息一出,立刻在學界激起「千層浪」。科學家稱,這次探測進一步印證了愛因斯坦廣義相對論的正確性,同時也是天文學的一個裡程碑。專業人士討論的火熱,那麼,關於這次引力波發現,從科普的角度,我們應該知道些啥?

  「時空的漣漪」

  要說發現引力波,首先要知道引力波是什麼。早在百年之前,愛因斯坦就在其廣義相對論論文中對引力和引力波進行了論證。他提出,引力的本質是時空幾何在物質影響下的彎曲;引力的作用以波動的形式傳播,即引力波。

 今年2月11日,美國科研人員宣布,他們利用雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)於去年9月首次探測到引力波。這一發現印證了物理學大師愛因斯坦100年前的預言。

  引力波的概念聽上去艱澀難懂,但用通俗的方法解釋,引力波就像一個池塘中投下一枚石子所引起的漣漪,只不過,引力波是時空的漣漪。

  不過,100年來,誰也無法證實引力波存在,直到今年2月,美國科學家宣布他們首次探測到了引力波。這次引力波事件被認為印證了愛因斯坦的假說,因此也被稱為「來自愛因斯坦的聖誕禮物」。

  兩次引力波都源自黑洞合併

  根據愛因斯坦預言,強引力場事件可產生引力波,比如黑洞合併、脈衝星自轉以及超新星爆發等。而目前,科學家探測到的兩次引力波事件都是由黑洞合併引發的。

  首次探測到引力波發生在去年9月14日。根據LIGO公布的信息,兩個質量分別為約29倍太陽質量和約36倍太陽質量的黑洞不斷靠近,旋轉,並最終合併成一個黑洞。據推測,這次合併發生在13億年前,合併過程中產生的引力波經漫長的傳播最終抵達地球。

引力波的引發過程。圖為示意圖,圖片來源:NASA

  LIGO第二次探測到引力波,也就是此次宣布的「引力波事件」,是在去年的12月26日。科學家稱,兩個初始質量分別為約14倍太陽質量和約8倍太陽質量的黑洞,合併成一個約21倍太陽質量的旋轉黑洞,產生的引力波經過14億年的漫長旅行,抵達地球。

  此外,研究人員還曾捕捉到第三個「疑似信號」,但由於該信號太過微弱而無法確認。

  美國天文學機構功不可沒

  兩次探測到引力波信號,美國雷射幹涉儀引力波天文臺(LIGO)功不可沒。而該項目能夠成功,靠的則是「幾十年磨一劍」,再加上那麼一點運氣。

  LIGO項目的構想最早源於1967年。經過持續不斷的研究論證,該項目1991年開建,1999年建成。2002年,LIGO項目正式開始探測,但直到2010年什麼也沒找到。經過5年的改造升級,2015年9月14日剛試運行沒幾天,沒想到就幸運的「撞到」了引力波。

2016年2月11日,耶路撒冷,希伯來大學的愛因斯坦檔案館館長Roni Gross展示愛因斯坦有關引力波的原始文件。

  值得一提的是,在作為中國大陸唯一LIGO科學合作組織成員,清華大學研究團隊也在探測引力波的項目中作出了貢獻。

  探測到引力波的意義

  LIGO科學合作組表示,第二次探測到引力波的一個重要意義在於,它能夠幫助估算黑洞合併事件的發生概率。

  LIGO項目組稱,一次探測可能只是個例,而此番再次探測到引力波則證明引力波信號的探測並非罕見事件,有理由預期未來還將有更多探測案例的出現,從而真正開啟一個全新的「引力波天文學時代」。

  科學家稱,以前天文學只能藉由電磁波進行觀測,但很多物質靠電磁波觀測是看不到的。現在測到引力波之後,可以藉由引力波觀測天體,比如黑洞、暗物質等,研究宇宙早期的結構和演化。

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    在太空諦聽「時空漣漪」——我國首顆空間引力波探測星「太極一號」上的蘭州印記一個世紀前,愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在;而雙黑洞併合產生的引力波2015年才首次在地面被直接觀測到。倘以水面比喻時空,引力波就是引力在時空間留下的漣漪,它為人類探索宇宙奧秘打開了有別於電磁波的全新窗口。
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    ▼ LIGO 和 Virgo 引力波探測器已運行多年,在經歷了一輪升級之後,其探測範圍已進一步擴大,並且很快揭示了一個新事件的細節。在環繞整個宇宙的「引力波之聲」中,科學家們首次捕捉到了更高頻的諧波。
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    國際天文學界表示,去年5月21日用LIGO和Virgo兩臺引力波探測器探測到一個史上最大黑洞怪獸黑洞,比太陽重150倍。科學家認為這個巨大的黑洞... 國際天文學界表示,去年5月21日用LIGO和Virgo兩臺引力波探測器探測到一個史上最大黑洞「怪獸黑洞」,比太陽重150倍。
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    2015年,LIGO團隊宣布他們首次探測到了兩個黑洞碰撞產生的引力波信號,之後在2017年又宣布首次探測到兩個中子星併合產生的引力波信號。這一次,在北京時間8月15日,LIGO團隊宣布再次探測到一組引力波信號,並認為這次可能是由黑洞和中子星之間的碰撞產生的。廣義相對論預言了時空的漣漪——引力波的存在,但如果量子理論是正確的,那麼引力波也應當表現出波粒二象性。
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