新型“时空涟漪”引力波

文章作者:bianji3 | 2017-10-17
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双中子星并合的艺术想象。窄束代表着伽马暴,而扭曲的时空网格标志着由并合产生的各向同性的引力波。旋转的物质团块是从并合的双星中抛射出的物质,可能导致了较低能量的电磁信号源。  美国国家科学基金会/LIGO/索诺马州立大学/A。 Simonnet 图

    双中子星并合的艺术想象。窄束代表着伽马暴,而扭曲的时空网格标志着由并合产生的各向同性的引力波。旋转的物质团块是从并合的双星中抛射出的物质,可能导致了较低能量的电磁信号源。 

   全球多国科学家16日同步举行新闻发布会,宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

   这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。

   美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)再次放出重磅消息,宣布“探测到中子星并合产生的引力波”。那么,被称为“时空涟漪”的引力波到底是什么?多次发现引力波又有怎样的重要意义?

 

    要说发现引力波,首先要知道引力波是什么。早在百年之前,爱因斯坦就在其广义相对论论文中对引力和引力波进行了论证。他提出,引力的本质是时空几何在物质影响下的弯曲;引力的作用以波动的形式传播,即引力波。

    引力波的概念听上去艰涩难懂,但用通俗的方法解释,引力波就像一个池塘中投下一枚石子所引起的涟漪,只不过,引力波是时空的涟漪。

    不过,100年来,谁也无法证实引力波存在,直到16年2月,美国科学家才宣布他们于2015年9月首次探测到了引力波。这次引力波事件被认为印证了爱因斯坦的假说,因此也被称为“来自爱因斯坦的圣诞礼物”。

    而且,此前4次发现的引力波都是可以“听到”的。在一片嘈杂的背景噪音中,一声“噗”的清脆声响,如水滴落水,持续时间短暂得不到1秒,这正是由引力波转化成的宇宙之声。第5次发现的引力波,不仅能“听到”,还能用天文望远镜“看到”。

    探测到引力波的意义

    科学家称,以前天文学只能借由电磁波进行观测,但很多物质靠电磁波观测是看不到的。现在测到引力波之后,可以借由引力波观测天体,比如黑洞暗物质等,研究宇宙早期的结构和演化。

    引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”,它的发现是物理学界里程碑式的重大成果。

    LIGO项目组曾在第二次探测到引力波后称,一次探测可能只是个例,而此番再次探测到引力波则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,从而真正开启一个全新的“引力波天文学时代”。

    在第四次探测到引力波后,有科学家表示,相隔万里的探测器首次共同探测到引力波,对旨在破解宇宙奥秘的国际科学探索来说,是一个“令人激动的里程碑”。

    此次首次发现新型引力波同样具有重大意义。黑洞合并产生的引力波信号通常持续不到一秒,而中子星合并产生的信号能持续一分钟。另外,中子星比黑洞质量小,产生的引力波能量更小,信号衰变时间更长。因此探测中子星合并产生的引力波信号,不仅能更精准地验证爱因斯坦相对论对引力波的预测,还能为研究中子星起源提供更多线索。

    而且,科学家们首次在可见光下直接观测到引力波,引力波探测将迎来全新时代。即继通过“听”时空涟漪的振动信号后,传统望远镜还能通过“看”来捕捉引力波信号。

   从肉眼观星到使用望远镜,从“全波段天文学”到“多信使天文学”,人类认识宇宙的手段在逐渐丰富,这头仍有不少谜团的宇宙“大象”,最终会向人类展示出它的真面目。

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