宇宙时空 宇宙的重力波之谜

宇宙的重力波之谜

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【新三才首发】天文学家在2019年的6个月之内观察到有39次的重力波事件出现,平均每周超过一次。10月28日发表的一系列论文中描述天文台如何侦测到这些波动,通常是由于两个黑洞合并而产生的。自从2015年首次成功辨识以来,探测到的机率戏剧性的变多了。不断增加的数据正好帮助天文学家记录此类事件在宇宙历史上发生的频率。

重力波是时空结构中的波动,它是质量在加速时释放出的,尤其是当两个巨大的物体以螺旋形相互缠绕融合时。它们所表现的特性使爱因斯坦的广义相对论得到了广泛的验证,其中包括当今得以证明黑洞存在的最有力证据。除了电磁波和宇宙射线外,透过重力波,天文学家得以有另一种观察宇宙的新方法。

最新发布的数据描述了雷射光干涉仪重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 缩写为LIGO)在第三次观测进行到一半时所观测到的事件(天文现象)。LIGO是一对双探测器,分别位于华盛顿州的涵佛和路易斯安那州的利文斯顿,以及位于义大利比萨附近处女镇的合作天文台(LIGO-Virgo)。这是此项合作的第二次观测记录,上次发布观测记录的时间是在2018年12月,其中记载了他们的前十一次观测。至目前为止观测网路总共观测到五十个重力波事件。

大多数的事件是属于黑洞的合并。探测器还捕捉到少数两个中子星之间的碰撞,以及一个中子星和一个黑洞的合并。天体物理学家特别关心中子星的合并,因为它们会释放可见光和重力波,这在2017年8月所看到的中子星合并事件中得到了证明。一些最引人注目的天文事件在论文中都有描述。其中包括最大的黑洞合并,和最不对称的合并,就是两个质量迥异的黑洞相撞。

一项令人惊讶的发现是合并的黑洞质量。天体物理学家本来预计会有一个质量的上限,他们预测黑洞的质量不会超过太阳的45倍。但伊利诺伊州艾文斯顿西北大学的LIGO研究人员费旭巴克说:“现在我们看到的质量上限却不是那么分明。该纪录包括三个质量异常的事件,其中9月所公布的一个黑洞质量是85个太阳质量的大小。

目前有大量的数据使LIGO-Virgo研究人员能够大略估计银河系中黑洞发生合并的平均速度。费旭巴克说,在八十亿年前恒星形成之后的时期有一些恒星变成了黑洞,那个时期黑洞合并的速度达到高峰。

上述的研究记载还提供了有关黑洞如何旋转的资讯,这是了解星体合并之前是如何相互绕轨的关键。 当中显示在某些双星系统中,两个黑洞的旋转轴心并未一致,这意味着它们是个别形成的。但是许多其他双星系统似乎具有大致一致的旋转轴心,这是天体物理学家预期的,当两个黑洞作为双星系统开始其生命时会有这样的结构。费旭巴克说,天体物理学的两个学派都赞成这两种理论,但现在看来这两种说法都是正确的。

(编译:郭慕法)

(责任编辑:姜启明)

(文章来源:新三才首发)

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