天文学家探测到引力波:由迄今为止最大黑洞合并产生

航天
  • 新浪科技
  • 2018-12-14 16:42

天文学家探测到了迄今为止最大规模的黑洞合并所产生的引力波。在2017年7月29日,他们的激光干涉仪捕捉到了来自这场巨大碰撞的时空涟漪。在这次事件中,两个质量分别相当于太阳50倍和34倍的黑洞碰撞、合并,形成了一个超过80倍太阳质量的黑洞。这个黑洞距离地球至少50亿光年。

两个质量分别相当于太阳50倍和34倍的黑洞碰撞、合并,形成了一个超过80倍太阳质量的黑洞。

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天文学家通过一个大数据重分析项目取得了这一发现。LIGO-VIRGO团队(LIGO-VIRGO Collaboration)的研究人员还列出了其他3次在初次数据梳理中遗漏的黑洞合并事件,并将此前一次不确定的"候选"事件提升到完全探测的状态。

这次重新分析使目前在目录中的引力波事件总数达到11次。其中10次是黑洞合并;一次是密集恒星残余物——所谓的中子星——之间的碰撞。

为什么选择现在公布这一发现?

2017年8月1日,升级后的室女座干涉仪(VIRGO)加入了激光干涉引力波天文台(LIGO)两个探测器的搜索行列,由国际合作团队负责它们的运行,地点分别在美国的华盛顿州和路易斯安那州,以及意大利的比萨附近。

这三个超级灵敏的激光干涉仪主要"聆听"两段时期中宇宙事件所产生的引力波,分别是2015年和2016至2017年。研究人员利用算法对庞大的数据流进行梳理,发现了一些(他们当时认为的)与引力波相关的明显模式,但他们总是需要回溯这些数据并重新进行评估。

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LIGO和VIRGO激光干涉仪是有史以来最灵敏的科学探测工具

国际团队成员、美国西北大学的肖恩·拉尔森(Shane Larson)教授在自己的博客上写道:"自(最初的发现)以来,我们一直在筛选数据,查看每个特征,将其与我们的天体物理学预测进行比较,并与显示仪器正常工作情况的监视器交叉检查,确保它出现在所有探测器中,并利用我们最强大(但运行缓慢)的超级计算机来分析代码。"

正是这把"细齿梳"为我们梳理出了新的黑洞合并事件。所有新的探测结果都来自第二段运行时期,即从2016年11月至2017年8月,持续将近9个月。在前缀为"GW"——意为"引力波"——的目录中,新发现的引力波事件分别被记为GW170729、GW170809、GW170818 和GW170823,后面的数字代表年/月/日。

不确定的疑似信号是什么?

位于华盛顿州和路易斯安那州的先进LIGO激光干涉仪于2015年9月开始首次科学运行,并且很快在9月14日历史性地探测到了一次黑洞合并事件(GW150914)。这一发现后来帮助莱纳·魏斯、巴里·巴里什和基普·索恩获得了诺贝尔物理学奖。

不到一个月后,一个疑似揭示引力波的信号出现。当时,科学家认为这一事件还不能达到确定是引力波信号的程度,他们将其编号为LVT151012。该事件在学术通讯中经常被提及,但很长时间里一直未能列入完全探测的目录中。

现在,经过细致的重新分析,研究人员终于将前缀从"LVT"换成了"GW"。美国西北大学的克里斯托弗·贝里(Christopher Berry)教授将GW151012的确认过程称为一个"灰姑娘的故事"。

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位于美国路易斯安那州的LIGO实验室,长达4公里的管道从控制中心延伸出来

这些额外的探测意味着什么?

引力波搜寻是一场统计的游戏。根据迄今为止的探测结果数量,科学家可以推算出给定体积空间内可能存在的黑洞数量。这个数量刚刚上升了一些。

此外,扩展后的目录还能告诉我们未来激光干涉仪实验室可能取得的成功。目前这些干涉仪处于下线升级状态,它们的性能将得到提高。当明年春天,这些干涉仪重新上线的时候,它们将具有探测两倍目前距离的能力,从而很有希望达到目前8倍的探测速率。

我们正在迅速迈向一个引力波发现变得习以为常的时代。而且,随着技术的发展,科学家也将发现更多有关黑洞和中子星性质的新细节。如果幸运的话,我们还能找到一些全新且意想不到的引力波来源。

引力波:时空的涟漪

爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。

引力波探测技术经过了几十年的发展,终于在2015年首次直接探测到引力波。

引力波是时空交织结构中的涟漪,源自剧烈的宇宙事件。

加速中的质量会产生以光速传播的波。

目前探测到的引力波来源包括黑洞合并和中子星合并。

LIGO和VIRGO激光干涉仪都是在L形的管道中发射激光,通过测量不同长度干涉臂对相同引力波产生的响应来进行探测。

对引力波的探测为宇宙研究开辟了全新的领域。


来源:新浪科技作者:摘编编辑:jiyang

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