宇宙時空 宇宙的重力波之謎

宇宙的重力波之謎

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【新三才首發】天文學家在2019年的6個月之內觀察到有39次的重力波事件出現,平均每週超過一次。10月28日發表的一系列論文中描述天文台如何偵測到這些波動,通常是由於兩個黑洞合併而產生的。自從2015年首次成功辨識以來,探測到的機率戲劇性的變多了。不斷增加的數據正好幫助天文學家記錄此類事件在宇宙歷史上發生的頻率。

重力波是時空結構中的波動,它是質量在加速時釋放出的,尤其是當兩個巨大的物體以螺旋形相互纏繞融合時。它們所表現的特性使愛因斯坦的廣義相對論得到了廣泛的驗證,其中包括當今得以證明黑洞存在的最有力證據。除了電磁波和宇宙射線外,透過重力波,天文學家得以有另一種觀察宇宙的新方法。

最新發布的數據描述了雷射光干涉儀重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 縮寫為LIGO)在第三次觀測進行到一半時所觀測到的事件(天文現象)。LIGO是一對雙探測器,分別位於華盛頓州的涵佛和路易斯安那州的利文斯頓,以及位於義大利比薩附近處女鎮的合作天文台(LIGO-Virgo)。這是此項合作的第二次觀測記錄,上次發布觀測記錄的時間是在2018年12月,其中記載了他們的前十一次觀測。至目前為止觀測網路總共觀測到五十個重力波事件。

大多數的事件是屬於黑洞的合併。探測器還捕捉到少數兩個中子星之間的碰撞,以及一個中子星和一個黑洞的合併。天體物理學家特別關心中子星的合併,因為它們會釋放可見光和重力波,這在2017年8月所看到的中子星合併事件中得到了證明。一些最引人注目的天文事件在論文中都有描述。其中包括最大的黑洞合併,和最不對稱的合併,就是兩個質量迥異的黑洞相撞。

一項令人驚訝的發現是合併的黑洞質量。天體物理學家本來預計會有一個質量的上限,他們預測黑洞的質量不會超過太陽的45倍。但伊利諾伊州艾文斯頓西北大學的LIGO研究人員費旭巴克說:“現在我們看到的質量上限卻不是那麼分明。該紀錄包括三個質量異常的事件,其中9月所公布的一個黑洞質量是85個太陽質量的大小。

目前有大量的數據使LIGO-Virgo研究人員能夠大略估計銀河系中黑洞發生合併的平均速度。費旭巴克說,在八十億年前恆星形成之後的時期有一些恆星變成了黑洞,那個時期黑洞合併的速度達到高峰。

上述的研究記載還提供了有關黑洞如何旋轉的資訊,這是瞭解星體合併之前是如何相互繞軌的關鍵。 當中顯示在某些雙星系統中,兩個黑洞的旋轉軸心並未一致,這意味著它們是個別形成的。但是許多其他雙星系統似乎具有大致一致的旋轉軸心,這是天體物理學家預期的,當兩個黑洞作為雙星系統開始其生命時會有這樣的結構。費旭巴克說,天體物理學的兩個學派都讚成這兩種理論,但現在看來這兩種說法都是正確的。

(編譯:郭慕法)

(責任編輯:姜啟明)

(文章來源:新三才首發)

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