2017人类首次感触到宇宙的重组(视频)



引力波大突破,人类感触宇宙重组的声与光。(图片来源:Adobe Stock)

在距离地球1.3亿光年之远,两颗中子星越走越近,在最终猛然碰撞合并的一刻,两个旧的中子星消失了,一个新的生命诞生了。同时发出一波波的宇宙时空涟漪。这一幕就发生在地球时间今年8月17日,美国激光干涉仪引力波天文台宣布,今年8月探测到由双中子星合并产生的新型引力波。这是人类首次探测到双中子星合并产生的引力波,同时也是人类第一次观测到来自同一个天文事件的引力波和电磁波。

这再次证实了爱因斯坦相对论中的观点,在星体新旧交替的激烈互动中,其中一小部分时空涟漪(引力波)在宇宙间不断穿越,经过1.3亿光年的旅行,终于到达地球。在地球一端等待的科学家接收到仪器频段内的引力波局部残痕,让他们惊喜交加。中子星在宇宙中多次重组,但今天的人类在没有电磁波望远镜和引力波探测器之前,好比聋子和瞎子,既看不到也听不到。

当时在加州圣克鲁斯分校,由天文学家瑞恩•福利(Ryan Foley)领导的团队正在紧张地观测这次的碰撞。只见一道明亮的蓝光,在碰撞过程中迅速褪变成红色。他们立刻拍摄了快照。

什么是引力波?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,也就是说,如果宇宙中发挥剧烈变化,如恒星爆炸、黑洞碰撞,都会产生引力波。这一研究生由美国“激光干涉引力波天文台”和欧洲“处女座”(Virgo)引力波探测器领衔与全球其它70个地面及空间望远镜共同完成的。

科学家的研究结果发表在《物理评论快讯》期刊上(Physical Review Letters),由LIGO-Virgo和其他天文学家合作撰写的系列相关论文,也已经被《天体物理杂志快讯》(Astrophysical Journal Letters)和《自然》(Nature)期刊接受。

新型引力波的三个突破

首先,这是人类首次从中子星的合并中探测到引力波。自从2015年9月14日,首次探测到引力波信号以来,科学家陆陆续续探测到四次引力波信号,但都是来自两个黑洞的合并,这次则是来自两颗中子星的合并。两颗中子星质量分别为太阳质量的1.1倍以及1.6倍。LIGO项目组成员、美利坚大学天体物理学家格雷戈里•哈里表示:此前观测到的引力波均来自黑洞。黑洞完全由扭曲时空构成,本质上没有物质。而中子星却是一个切实星体,因此能深入了解该物质的行为。

其次,这次人类首次观测到引力波及其伴随的电磁信号,电磁波就是光。通俗地说:前四次发现的引力波都是“听到”的且持续时间短暂的不到一秒。虽然中子星合并产生的信号能持续一分钟,但人类看不到动力波到底是什么“模样”。第五次新发现的引力波不仅“听到”了,还能用天文望远镜确确实实地“看到”了。

再次,科学家证实了中子星合并时产生了大量重元素。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,还能为研究中子星的起源提供更多的线索。

此外,以前天文学家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,而研究宇宙早期的结构和演化。

人类此次发现新型引力波具有重大意义。



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