LIGO与中子星磕碰之六大趣闻

2020-06-13 15:31:44 放大字体  缩小字体

“快醒醒!”一位地理学家喊向他的搭档,这一句呼吁也迈开了加速世界空间协作的脚步,这一协作获得了近代历史上,人类对世界知道的严重腾跃之一。

2016年2月,科学家声称,他们以一种全新方法观测了世界,并初次勘探到引力波-----即两个正在兼并的黑洞引发灾难性磕碰,然后产生的空间涟漪现象。

何为LIGO?

从那时起,被称为LIGO(即激光干与引力波地理台的缩写)的这同一望远镜现已勘探到别的三个黑洞交融,这证明了爱因斯坦广义相对论的首要猜测。这一发现对咱们了解世界含义非常严重,也使得LIGO科学家巴里·巴里斯、基普·索恩和雷纳·韦斯,于本月早些时分荣获2017年诺贝尔物理学奖。

LIGO的科学家以及来自世界各地其他70个观测望远镜的地理学家,又带来最新严重发现。他们初次勘探到两颗中子星毕竟一次磕碰所产生的引力波,并在电磁波谱上观测到了这一事情,这不只敞开了多波长地理学年代,也敞开了多信使地理学年代。

这则新闻真实轰动一时,自从八月成功勘探之后,地理学家们就对此一向议论不休。事实上,地理学家们真实不善于保存隐秘。就有少量地理学家就在推特上泄露了音讯,但比此更为显着的是,简直全世界最大、技能最先进的望远镜都忽然一起盯着1.3亿光年外的一个看似正常的星系。许多大型地理台,如哈勃、格林班克、费尔米( Hubble, Green Bank, and Fermi )等,都向大众发布了它们现在观测的方位。小道音讯直接满天飞,乃至《天然》杂志都注销文章,总结自从八月以来的种种传言。

就此新发现,地理学家们,也包含你在内,欢喜至此共有六大原因。

曾经从未观测到两颗中子星的兼并。

2017年8月17日,LIGO望远镜勘探到一个明晰信号,但这个信号显着要长得多——大约有一分钟之久——这比兼并后仅继续几秒钟的黑洞宣布的信号要长得多。 LIGO科学家们一向在扫描接受到的信号,并在数十万个模板库中寻觅相匹配的信号。换句话说,配对软件会调查这个检测到的信号,是否与模仿猜测的成果相符,以应对各种不相同的兼并状况。LIGO曾经全部的勘探都是来自悠远黑洞兼并的信号,这次状况却大不相同,8月17日信号是有史以来第一次勘探到两个中子星毕竟磕碰,这两个中子星质量别离是太阳质量的1.1倍和1.6倍,间隔南半球有1.3亿光年之远。

中子星密度惊人,是恒星逝世期间产生的超新星爆破产生的死星。它们彻底由中子组成,密度是原子核的三倍。中子星的质量通常是太阳的1到2倍,集合在一个直径为20到25公里的空间里,仅有一个曼哈顿区那么长。

模型显现,第一颗中子星本处于相对安静状况,直到有了第二颗中子星,构成了一个双星体系,这使得这对中子星在其宿主星系中歪斜。当中子星互相盘绕时,广义相对论猜测,跟着时刻的推移,体系会因辐射引力波而耗费能量。而这个信号正是LIGO所勘探到的。

不可避免的磕碰是世界中最剧烈和最强壮的事情之一。可是这些会稍后具体的介绍…

2.这一发现过分敏捷,仍未定位宿主星系。

LIGO运用两个勘探器(别离坐落美国路易斯安那州和华盛顿州),也只能将其间一个勘探信号的来历方位,定位在1,000平方度的天空区域内,而该区域太大且无法有用缩小规模信号源。

可是,就在这紧要关头,坐落意大利卡西纳(Cascina)的LIGO姊妹观测站,处女座(Virgo)在通过长时刻的晋级后,于该月初康复运转。两台机器一起运作时,LIGO和处女座可将彼此检测到的方位定位在30平方度以内。

当科学家们留意到费米警报简直与LIGO和Virgo勘探器一起触发时,他们进一步缩小了勘探规模。所以那条“快醒醒!”信息,引发了随后快速勘探举动,以及后来的严重发现。费米项目科学家朱莉·麦肯纳里(Julie McEnery)称,那第一个早上为“费米为期9年使命至今,最激动人心的早晨”。

费米伽马射线太空望远镜扫描空中的伽马射线,伽马射线是光的最高能量方式,当望远镜有所发现时,就会宣布警报,让科学家知晓。欧洲伽玛射线观测站INTEGRAL( 即世界伽马射线天体物理实验室 International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)译者注)后来也证明发现了现称为:短时伽玛射线迸发。使用LIGO、Virgo和Fermi的观测成果,科学家们能够将中子星磕碰的源头缩小到大约50个潜在的宿主星系。

3.初次从同一物体上勘探到引力波和电磁波。

伽马射线爆破勘探和产生引力波的中子星兼并,此二者一起产生,这不光有助于定位勘探,这还标志着电磁辐射(一向议论从x射线和紫外线到光学和红外波长的光)和引力波第一次能够用于调查一个天体。因而,用“多波长”已然不足以描绘地理研讨,现如今已确认进入了“多信使”地理学年代。

可是,地理学家们并没有停步于伽马射线。全球地理界正测验快速勘探这次灾难性事情产生后,那逐步消逝的信号。费米国家加速器实验室和布兰代斯大学的马尔塞勒·苏亚雷斯-桑托斯(Marcelle Soares-Santos)以为此举无疑是难如登天,困难重重。

斯沃普超新星查找(The Swope Supernova Search)团队却接受了这个应战,在LIGO勘探信号的12小时内,他们留意到有一个亮堂的光发射,来自三台望远镜都感兴趣区域的一个星系,这个星系它们之前从未到观测过。他们在星系NGC 4993中发现的基洛诺瓦事情,是第一次从光学视点调查由两颗兼并中子星而引发的爆破。仅一个小时内,就有六个独立发现与引力波事情相对应。

在未来几天,乃至几周内,遍及世界各地的70架望远镜,这中心还包含7个天基观测站以及坐落各大洲(乃至在南极洲!)的望远镜,都能够在光学、x光、红外线和无线电波长下勘探到光源。

LIGO的履行董事戴维·雷茨(David Reitze)称,多重勘探正在“从无声电影年代转向有声电影年代”。LIGO副发言人劳拉·卡多纳蒂(Laura Cardonati)称,多波长观测和多信使观测的添加,使观测规模从“观看是非的火山图片,提升到观看维苏威火山喷射的3D电影”。与LIGO协作的天体物理学家,薇琪·卡洛吉罗(Vicky Kalogera)总结道:“咱们第一次聆听到两颗中子星的逝世螺旋,并目击了毕竟兼并所产生的火花。”

引力波的发现有助于进一步查验爱因斯坦理论

爱因斯坦不只预言了引力波的存在,并且还预言,引力波的传达速度与电磁辐射相同。这个传达速度即光速。在从LIGO和处女座勘探到引力波后不到两秒钟之后,费米和INTEGRAL勘探到伽马射线迸发。因为这两种辐射抵达地球望远镜,所用的时刻差不多,故这一偶然供给了强有力的依据,证明它们其实就是以相同的速度传达的。相对于黑洞兼并的勘探,中子星兼并宣布的信号越长,也可能为广义相对论供给更准确的验证。

中子星的兼并解开一个长期存在的疑团:即重金属的产生。

元素周期表上的全部元素,尽管看似相同,但人们不了解的是,那些比铁重的元素。相似氧气和二氧化碳这些更轻的元素,构成轻元素,并产生能量,但若要构成金、铂以及铀这种重元素,则需要能量才可产出。世界上,需求如此之多能量的进程,若无协助便无法产生,那么一个由来已久的问题就是:这些元素是怎么构成的。

地理学家们已猜测到:如超新星爆破或中子星兼并,这种激烈磕碰可能将原子相撞,以此产生重元素。可是,重元素产生的直接依据在任何地理事情中都无处可寻,直到LIGO和Virgo 中子星兼并事情。事实上,哈佛大学地理学教授埃多·伯杰(Edo Berger)指出,这次事情中产生的全部重元素的质量总计约为地球质量的16000倍,其间仅黄金和铂就相当于地球质量的10倍。这能做很多珠宝了。

若中子星兼并晚产生九霄,咱们将与其无缘

NGC 4993中的两颗中子星在衰变轨迹中度过了110亿年,毕竟兼并,与此一起,在一颗名为地球的悠远行星上还发明了一场令人激动的发现之旅。勘探是于8月17日进行的,而只是9天后,LIGO就将进行为期一年的封闭以进行晋级。在通过110亿年的彼此盘绕,若这两个中子星再花9天时刻毕竟聚在一起,LIGO将会错失全部。

与大多数令人兴奋的新科学发现相同,LIGO的音讯也提出了更多的问题。两颗中子星兼并后会留下什么?会是黑洞吗?又或是另一个中子星?咱们还能发现多少这样的事情?

正如国家科学基金会主任,法兰西 科尔多瓦所指出的那样,这项长达数十年的跨国协作代表了“逾越常识极限的最大勇气”。Reitze指出,国家科学基金会“(在赞助LIGO的时分)在80年代就开端在科学上寻求打破,而现在咱们已获得了巨大的成功。”

作者: quickanddirtytips

FY: 彭彭吖

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