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[探索频道] 科学家再次探测到引力波信号! 源自14亿年前的黑洞合并!

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 楼主| 发表于 2018-3-20 01:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

科学家再次探测到引力波信号源自亿年前的黑洞合并这张示意图展示的是黑洞合并过程产生的时空涟漪——引力波,其正从合并发生区域向周围空间传播。此次探测到的黑洞合并事

这张示意图展示的是黑洞合并过程产生的时空涟漪——引力波,其正从合并发生区域向周围空间传播。此次探测到的黑洞合并事件牵涉到两个质量分别为倍和倍太阳质量的黑洞,它们合并之后形成了一个质量为倍太阳质量的新黑洞

月日凌晨:,正在美国圣迭戈参加再次召开的第届美国天文学会的科学合作组()和合作组的科学家举行新闻发布会,报告他们再次探测到引力波信号的消息。

这是两个遥远的黑洞相互合并过程所产生的时空扰动,该事件的涟漪穿越宇宙,被地球上的人们探测到。此番再次探测到引力波信号证明引力波信号的探测并非罕见事件,有理由预期未来还将有更多探测案例的出现,从而真正开启一个崭新的引力波天文学时代。

爱因斯坦的圣诞礼物

再次探测到的引力波信号编号为,它是在年月日国际标准时::探测到的,信号显示,两个质量分别为大约倍和倍太阳质量的黑洞在合并之后形成了一个质量约为倍太阳质量的黑洞,显示有大约倍太阳质量的物质被以引力波的形式释放出去,项目研究人员称这次的信号是“爱因斯坦的圣诞礼物”。

在发布会一开始就由美国路易斯安那州立大学的科学合作组发言人加布艾拉·冈萨雷斯女士女士(á)开门见山地宣布了再次探测到引力波的消息。这是他们自从今年月份宣布首次探测到引力波信号以来再次宣布探测到引力波信号。

艺术示意图:探测到两个正在合并过程中的黑洞

检验爱因斯坦的预言

引力波是时空的涟漪,它是由宇宙中的一些最为剧烈的事件产生的,如大质量致密天体的碰撞或合并事件。引力波的存在早在年便已经由爱因斯坦预言,当时爱因斯坦证明了加速下的大质量物体将会扭曲时空,并产生从该源头发出的时空涟漪。这种“涟漪”将以光速穿过宇宙,携带着关于产生它们的那次灾难性事件和引力本质的珍贵信息。

当爱因斯坦最早提出他的广义相对论的时候,他彻底革新了我们原先对于时间与空间的概念理解。我们此前一直认为空间是恒定而不变的,物质和能量存在于其中。但爱因斯坦的理论指出空间实际上与能量和质量之间都是相互联系的,并且随着时间推移空间也在发生变化。

如果只存在一个质量物体,静止地存在于时空之中(或者处于匀速运动状态),那么它所处的时空不会发生变化。但如果你加入第二个质量物体,那么这两个物体之间就会发生相互运动,互相会向对方施加一个加速度,在这一过程中也就将造成时空结构的改变。更加重要的是,由于存在一个大质量粒子在引力场中运动,广义相对论指出这一大质量物体将会被加速,并释放一种特殊的辐射:引力辐射。

这种引力辐射与你所知的其他任何种类的辐射都不同。它会以光速穿越空间,但它本身又是空间中的涟漪。它从被加速的物体带走能量,这就意味着,如果这两个质量物体处于相互运行的轨道之中,那么随着时间推移这个轨道将会逐渐收缩,这两个质量物体之间的距离将逐渐缩短。

不过不要太过担心,对于像地球围绕太阳运行这样一个系统,相对而言这两个天体的质量还太小,而两者之间的距离又非常巨大,因此在引力波耗散能量的条件下,这个轨道也将需要经过的次方年才会衰减崩溃,如此长的时间早已远远超过了宇宙的年龄,事实上这也远远超过了已知所有恒星的寿命!然而对于相互绕转的黑洞或中子星而言,它们之间存在的轨道衰减效应则已经被观测到了。

科学家们认为宇宙中可能还存在着我们尚未探测到的更高能的事件,如黑洞的相互合并。这类事件应该会产生某种特征信号,而这样的信号是可以被“先进”系统捕捉到的。

已经大大增加了已知质量的黑洞数量。这一探测器已经确凿无疑地探测到了两次引力波事件,对应两次独立的黑洞合并事件(如图所示,两个较小质量的黑洞合并成为较大质量的黑洞)。在每一次事件中,都精确测定了参与事件黑洞各自的质量以及合并后黑洞的质量。图中虚线标出的是探测到的一次疑似事件,其由于信号太过微弱而未能得到确认

洞察宇宙阴暗面

亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯()表示:“引力波探测将让我们得以窥探宇宙的黑暗一面。引力波天文学将成为世纪的天文学。”科学家们能够运用这些数据来推测产生引力波信号的天体系统的一些特征,包括这两个黑洞在相互合并之前各自的质量大小,合并后形成的单一黑洞质量大小以及这一双黑洞系统到地球的距离远近等等。

对首次引力波探测信号的分析结果显示,是由两个质量分别为倍以及倍太阳质量的黑洞合并而成的,合并后形成的单一黑洞质量约为倍太阳质量。另外,我们还推定这一合并后产生的黑洞存在自转,这种自转的黑洞最早是在年由数学家克尔()提出的。因此可以说,探测设施此次是探测到了发生在很久很久之前,在一个遥远星系中发生的一次重大事件!

如果我们将合并之前和之后的黑洞质量进行比较,就会发现这一黑洞的合并过程将大致相当于个太阳的质量(约合万亿亿亿千克)转化成了以引力波形式散发出去的能量,其中绝大部分在一瞬间便被辐射了出去。相比较之下,太阳每秒钟只会将自身质量的大约万亿亿分之一转化为电磁辐射。事实上,所发出的引力波的辐射功率要比整个可观测宇宙中所有恒星和星系的光度加在一起的总和还要多出倍。

今日凌晨发布会现场发布的此次引力波事件的信号图

什么是引力波

引力波是时空的涟漪,它是由宇宙中的一些最为剧烈的事件产生的,如大质量致密天体的碰撞或合并事件。引力波的存在早在年便已经由爱因斯坦预言,当时爱因斯坦证明了加速下的大质量物体将会扭曲时空,并产生从该源头发出的时空涟漪。这种“涟漪”将以光速穿过宇宙,携带着关于产生它们的那次灾难性事件和引力本质的珍贵信息。

在过去的数十年间,天文学家们已经找到大量证据证明引力波的存在,主要手段是通过引力波对银河系中近距离绕转天体运动产生的影响所开展的相关研究。这些间接研究的结果与爱因斯坦在年前的预言吻合度相当好,如在考虑引力波带走能量的情况之后,这类天体轨道的衰减过程完全符合爱因斯坦理论的计算结果。

然而,从地球上直接探测引力波的信号尽管长期以来广受科学界期待,但却一直未能实现突破。之所以科学家们如此期待这项突破,是因为这将提供对于爱因斯坦广义相对论新的,且更为直接的检验,并开启人类研究宇宙的全新大门。

科学家们希望他们能够获得更多的案例,从而能够开展对黑洞合并频率的研究,并帮助他们检验一些极端环境下物理理论的正确性,甚至可能引出更加深层的自然本质理论。

科学合作组发言人加布艾拉·冈萨雷斯女士表示:“我们的计划并非仅仅是探测到首次引力波信号,也并非想要去证明爱因斯坦是正确的或是错误的,我们想要做的是创建一个天文台。”她说:“此时此刻,我们才可以说,的目标已经真正达成了。”

有关这项发现的论文已经在《物理评论快报》上发表,这是的第二次引力波探测事件。与此同时项目组此前还曾经遭遇到另外一次“疑似信号”,由于该信号太过微弱而无法确认。

研究组已经在今年月份的那次发布会中介绍了有关情况。亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯表示:“引力波探测将让我们得以窥探宇宙的黑暗一面。引力波天文学将成为世纪的天文学。”

这张图展示的是两次确认探测结果以及一次疑似结果的日期,后者由于信号太过微弱而未能得到确认。这三次事件编号和具体日期为:(。,),(。,)以及(。,)。所有三次事件都是在为期个月的“先进”设施首次试运行阶段探测到的


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