引力波又上头条了,这次还是双黑洞!

更新时间:2016-06-17 11:36:23点击次数:1070次字号:T|T    

2015年12月26日,来自LIGO和Virgo合作组织的科学家收到了一份意料之外的圣诞礼物——在首次探测到引力波信号仅3个月之后,高新激光干涉仪引力波天文台(Advanced LIGO)的两个探测器就再次记录到了新的引力波信号。跟上次一样,这一引力波信号源自于两个黑洞即将合二为一之时最后的相互绕转,这种现象被称为并合(coalescence)。尽管这一信号要比首次探测到的引力波信号更弱,但这一新发现的置信度仍然超过99.99999%。

再次探测到引力波,表明这样的灾难性事件在宇宙中相当常见。这也意味着,当美国的高新激光干涉仪引力波天文台和意大利的高新室女座引力波探测器(Advanced Virgo)在升级后于2016年底恢复运行之后,很可能会检测到更多引力波事件。这将帮助科学家更好地理解成对出现的黑洞。

黑洞是最大质量恒星演化的最终阶段。其中一些黑洞成对形成,相互旋转,并以引力波的形式损失能量,因而会逐渐靠近,直到抵达一个临界点,令整个过程突然加速。它们最终会并合成一个单独的黑洞。2015年12月26日探测到的引力波信号,就来源于并合之前最后的旋转阶段。

依据观测到的引力波信号,科学家能够推断出那两个黑洞的质量,分别是太阳质量的8倍和14倍(相比之下,2015年9月14日首次探测到的引力波信号,并合的那两个黑洞分别是太阳质量的29倍和36倍)。黑洞合并之后形成了一个质量相当于太阳21倍的旋转黑洞,大约与太阳相当的物质转化成了能量,以引力波的形式释放出来。

由于这次的两个黑洞较轻,它们相互靠近的速度就没有那么迅速:此次探测到的信号持续了几秒钟,而上次探测到的信号仅持续了不到0.5秒。因此,此次观测到的双黑洞并合前相互旋转的圈数,远远大于第一次观测到的引力波事件,这让科学家有机会对爱因斯坦的广义相对论进行一次完全不同的理论检验。

此次观测到的黑洞并合事件,发生在距离地球大约14亿光年的地方,这意味着引力波在太空中穿行了14亿年,才抵达了位于美国路易斯安那州和华盛顿州的两台LIGO探测器。位于路易斯安那州利文斯顿的LIGO探测器比另一台位于华盛顿州汉福德的探测器早1.1毫秒记录到了引力波信号,让科学家能够大致测定引力波源的方位。

再次观测到引力波事件,证实了成对出现的黑洞在宇宙中相当普遍。对LIGO探测器从2015年9月到2016年1月间采集的数据所作的系综分析暗示,2015年10月2日还有可能探测到了第三起此类事件,只不过置信度较低。

最终,对此类观测的分析或许能够解释双黑洞的起源:到底是一对双星分别各自转变成黑洞,还是一个黑洞俘获了另一个黑洞?为了得到答案,就必须要有大量的观测样本,等到高新LIGO和高新Virgo在2016年秋天恢复运行之时,这一切皆有可能。正如高新LIGO探测器在首次数据采集阶段所证明的那样,引力波现在已经成为了一种全新的手段,来探索宇宙和宇宙中最基本的相互作用——引力。

这一发现今天(6月15日)在美国天文学会圣迭戈会议上公布,并将发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

PS:就此次公布的第二次引力波事件,中国科学院高能物理研究所研究员、中微子实验物理学家曹俊博士在“分答”平台上,向中国科学院粒子天体物理重点实验室主任、著名天体物理学家张双南博士提问:这一发现“对天文和宇宙学有何意义”?

张双南博士回答说:“如果这次的引力波事件的确来自于两个10倍左右太阳质量的黑洞并合,那么说明今后这种高频引力波探测的事件率将会比较高。第一个引力波事件来自于两个30倍左右太阳质量的黑洞,而那种黑洞以前我们所知甚少。10倍左右太阳质量的黑洞在银河系及附近的星系内很常见,这样的引力波事件距离我们更近,有利于对其电磁波对应体的搜寻,因此对引力波事件的电磁波对应体的搜寻将成为天文学的一个热点。无论能否找到双黑洞并合的电磁波对应体,都会对双黑洞的形成和演化机制作出强烈的限制。一旦通过电磁波精确测量到了引力波事件发生地的红移,就能够作为新的天文学距离测量手段,研究宇宙的膨胀。这对于恒星演化、黑洞形成,以及宇宙演化等研究,都将具有划时代的意义。”

(编辑:admin)
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