LIGO再次直接觀測到引力波意味著什麼

2021-01-07 中國教育和科研計算機網

  北京時間6月16日凌晨,位於美國的雷射幹涉儀引力波觀測臺(LIGO)對外發布,再次觀測到雙黑洞併合導致的引力波事件。受訪的專家均表示,再次直接觀測到引力波事件有力地證明了引力波真實存在,將人類對宇宙的了解又推進了一步。

  進一步證實引力波真實存在

  清華大學教授毛淑德說:「對引力波真實性的質疑可休矣!」第一個引力波事件因為只持續了0.2秒,因此這些信號是否就是引力波,在科技界也引起了一些爭議。毛淑德解釋,這其實是一個誤區。對於LIGO這樣的設備來說,0.2秒已經足夠長了,「就像我們看高速行駛的列車,對肉眼來說一下就過去了,但高速相機卻能在幾秒鐘內抓拍很多照片,看到列車,甚至列車內部的各種細節」。

  第二次觀測到引力波事件更加有力地回應了質疑。中國科學院研究員張雙南說:「這次篩選數據的方法和第一次很不一樣,對兩個事件的互相印證起到很重要的作用。」他介紹,第一次引力波事件的信號很短,但很強,在數據中非常突出,研究人員比較容易發現。但這次兩個黑洞的質量比較小,引力波信號的強度低了很多,「但也正因為它們質量小,併合的過程慢一些,信號持續時間比較長」。

  但是,此次仍然沒有找到其他信號,例如電磁波,對結果進行獨立驗證。張雙南課題組幾年前就撰文預測過,雙黑洞併合只會產生引力波事件,而不會產生電磁波輻射。張雙南說,理論上,LIGO是可以探測到有中子星參與的併合事件的,「比如兩個中子星併合、一個中子星和黑洞併合,只要有中子星參與併合事件,就會產生電磁波信號,我們就能夠對其進行定位,看看它們到底來自哪個星系,這樣就能與LIGO觀測進行互相獨立的驗證」。

  打開天文觀測新窗口

  此次LIGO觀測到的引力波也來自於雙黑洞併合,是否只有這種情況會產生引力波?毛淑德介紹,任何物體的加速運動均會對周圍的時空產生擾動,這種擾動會以引力波的形式向外傳播。雖然LIGO設計性能對雙黑洞合併產生的引力波頻段很敏感,但是兩次觀測到的引力波事件都是由雙黑洞併合引發還是有些令人吃驚,這可能意味著雙黑洞的數目相當普遍。

  張雙南預測,LIGO可能會發現更多引力波事件。隨著觀測數量的增加和質量的提高,「我們能獲得更多信息,這對驗證廣義相對論理論,以及區分其他引力理論會有很重要的作用」。

  同時,這也讓人類對宇宙的認識更近一步。張雙南舉例說:「這次併合的兩個黑洞比第一次併合的兩個黑洞質量小一些,這讓我們認識到雙黑洞是有不同種類的。我們知道黑洞的出現是恆星演化的結果,隨著實驗的繼續進行,能讓我們對恆星演化、雙黑洞的形成和分布都有更多的認識。」再比如,一旦觀測到有中子星參與的併合事件,科學家們就能據此了解中子星的內部結構,「這是目前其他天文觀測手段無法實現的」。

  毛淑德說:「引力波的一些物理特性,如幾乎不與物質直接發生作用、攜帶發射源以及引力本質的信息等,使其成了理想的天文觀測工具。引力波直接探測的實現,為天文觀測打開了一個新窗口。」

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  LIGO是藉助於雷射幹涉儀來聆聽來自宇宙深處引力波的大型研究儀器,由兩個幹涉儀組成,每一個都帶有兩個4公裡長的臂並組成L型,分別位於相距3000公裡的美國南海岸的利文斯頓和美國西北海岸的漢福德。

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