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          天文學(xué)家探測(cè)到引力波:由迄今為止最大黑洞合并產(chǎn)生

          編輯:黃榮      信息來源: 西e網(wǎng)-新浪網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2018-12-14

            北京時(shí)間12月14日消息,天文學(xué)家探測(cè)到了迄今為止最大規(guī)模的黑洞合并所產(chǎn)生的引力波。在2017年7月29日,他們的激光干涉儀捕捉到了來自這場(chǎng)巨大碰撞的時(shí)空漣漪。
           
            在這次事件中,兩個(gè)質(zhì)量分別相當(dāng)于太陽50倍和34倍的黑洞碰撞、合并,形成了一個(gè)超過80倍太陽質(zhì)量的黑洞。這個(gè)黑洞距離地球至少50億光年。
           
            天文學(xué)家通過一個(gè)大數(shù)據(jù)重分析項(xiàng)目取得了這一發(fā)現(xiàn)。LIGO-VIRGO團(tuán)隊(duì)(LIGO-VIRGOCollaboration)的研究人員還列出了其他3次在初次數(shù)據(jù)梳理中遺漏的黑洞合并事件,并將此前一次不確定的“候選”事件提升到完全探測(cè)的狀態(tài)。
           
            這次重新分析使目前在目錄中的引力波事件總數(shù)達(dá)到11次。其中10次是黑洞合并;一次是密集恒星殘余物——所謂的中子星——之間的碰撞。
           
            為什么選擇現(xiàn)在公布這一發(fā)現(xiàn)?
           
            2017年8月1日,升級(jí)后的室女座干涉儀(VIRGO)加入了激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)兩個(gè)探測(cè)器的搜索行列,由國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)它們的運(yùn)行,地點(diǎn)分別在美國(guó)的華盛頓州和路易斯安那州,以及意大利的比薩附近。
           
            這三個(gè)超級(jí)靈敏的激光干涉儀主要“聆聽”兩段時(shí)期中宇宙事件所產(chǎn)生的引力波,分別是2015年和2016至2017年。研究人員利用算法對(duì)龐大的數(shù)據(jù)流進(jìn)行梳理,發(fā)現(xiàn)了一些(他們當(dāng)時(shí)認(rèn)為的)與引力波相關(guān)的明顯模式,但他們總是需要回溯這些數(shù)據(jù)并重新進(jìn)行評(píng)估。
           
            國(guó)際團(tuán)隊(duì)成員、美國(guó)西北大學(xué)的肖恩·拉爾森(ShaneLarson)教授在自己的博客上寫道:“自(最初的發(fā)現(xiàn))以來,我們一直在篩選數(shù)據(jù),查看每個(gè)特征,將其與我們的天體物理學(xué)預(yù)測(cè)進(jìn)行比較,并與顯示儀器正常工作情況的監(jiān)視器交叉檢查,確保它出現(xiàn)在所有探測(cè)器中,并利用我們最強(qiáng)大(但運(yùn)行緩慢)的超級(jí)計(jì)算機(jī)來分析代碼。”
           
            正是這把“細(xì)齒梳”為我們梳理出了新的黑洞合并事件。所有新的探測(cè)結(jié)果都來自第二段運(yùn)行時(shí)期,即從2016年11月至2017年8月,持續(xù)將近9個(gè)月。在前綴為“GW”——意為“引力波”——的目錄中,新發(fā)現(xiàn)的引力波事件分別被記為GW170729、GW170809、GW170818和GW170823,后面的數(shù)字代表年/月/日。
           
            不確定的疑似信號(hào)是什么?
           
            位于華盛頓州和路易斯安那州的先進(jìn)LIGO激光干涉儀于2015年9月開始首次科學(xué)運(yùn)行,并且很快在9月14日歷史性地探測(cè)到了一次黑洞合并事件(GW150914)。這一發(fā)現(xiàn)后來幫助萊納·魏斯、巴里·巴里什和基普·索恩獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
           
            不到一個(gè)月后,一個(gè)疑似揭示引力波的信號(hào)出現(xiàn)。當(dāng)時(shí),科學(xué)家認(rèn)為這一事件還不能達(dá)到確定是引力波信號(hào)的程度,他們將其編號(hào)為L(zhǎng)VT151012。該事件在學(xué)術(shù)通訊中經(jīng)常被提及,但很長(zhǎng)時(shí)間里一直未能列入完全探測(cè)的目錄中。
           
            現(xiàn)在,經(jīng)過細(xì)致的重新分析,研究人員終于將前綴從“LVT”換成了“GW”。美國(guó)西北大學(xué)的克里斯托弗·貝里(ChristopherBerry)教授將GW151012的確認(rèn)過程稱為一個(gè)“灰姑娘的故事”。
           
            這些額外的探測(cè)意味著什么?
           
            引力波搜尋是一場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的游戲。根據(jù)迄今為止的探測(cè)結(jié)果數(shù)量,科學(xué)家可以推算出給定體積空間內(nèi)可能存在的黑洞數(shù)量。這個(gè)數(shù)量剛剛上升了一些。
           
            此外,擴(kuò)展后的目錄還能告訴我們未來激光干涉儀實(shí)驗(yàn)室可能取得的成功。目前這些干涉儀處于下線升級(jí)狀態(tài),它們的性能將得到提高。當(dāng)明年春天,這些干涉儀重新上線的時(shí)候,它們將具有探測(cè)兩倍目前距離的能力,從而很有希望達(dá)到目前8倍的探測(cè)速率。
           
            我們正在迅速邁向一個(gè)引力波發(fā)現(xiàn)變得習(xí)以為常的時(shí)代。而且,隨著技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)家也將發(fā)現(xiàn)更多有關(guān)黑洞和中子星性質(zhì)的新細(xì)節(jié)。如果幸運(yùn)的話,我們還能找到一些全新且意想不到的引力波來源。
           
            引力波:時(shí)空的漣漪
           
            愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在。
           
            引力波探測(cè)技術(shù)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展,終于在2015年首次直接探測(cè)到引力波。
           
            引力波是時(shí)空交織結(jié)構(gòu)中的漣漪,源自劇烈的宇宙事件。
           
            加速中的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生以光速傳播的波。
           
            目前探測(cè)到的引力波來源包括黑洞合并和中子星合并。
           
            LIGO和VIRGO激光干涉儀都是在L形的管道中發(fā)射激光,通過測(cè)量不同長(zhǎng)度干涉臂對(duì)相同引力波產(chǎn)生的響應(yīng)來進(jìn)行探測(cè)。
           
            對(duì)引力波的探測(cè)為宇宙研究開辟了全新的領(lǐng)域。
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