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黑洞和「神秘天体」的碰撞
GW190814(Albert-Einstein-Institut/视频截图)

科学家探测到史诗般的宇宙碰撞:「神秘天体」出现了

【希望之声2020年6月30日】(编辑:郭晓)引力波天体运动扭曲时空产生的向外传播的时空涟漪,但是它是如此的微弱,以至于我们只能探测到宇宙中大质量天体碰撞产生的引力波。2015年,LIGO天文台首次探测到黑洞碰撞产生的引力波,这标志着引力波天文学进入一个黄金时代。

最近,天体物理学家探测到了迄今为止最奇怪的引力波信号,此次碰撞是在2019年8月被美国和意大利精密的微调激光器探测到的。令人惊讶的是激光以前探测到黑洞碰撞和中子星碰撞,但现在它们暗示了一些前所未有的东西:一个黑洞撞上了一颗中子星

这个信号是激光干涉引力波天文台和意大利处女座天文台的引力波科学家所见过的最强的信号之一。在警报发出后,世界各地的天文学家将他们的望远镜对准了电波发出的空间点,但是他们的搜索一无所获,没有光,没有x光,没有红外线,没有伽马射线。这一事件令人费解,随着科学家开始仔细研究这些数据,引力波的来源变得更加令人困惑。

来自LIGO和处女座合作的研究人员在《天体物理学杂志快报》上详细介绍了他们对引力波探测的全面分析,这是对史诗般的宇宙碰撞的第一次详细研究。这项研究的关键是能够探测引力波的两个LIGO设施和处女座设施,像黑洞和中子星这样的极端天体在碰撞时会向整个宇宙发出电波。这些设施基本上是在倾听巨大宇宙物体相互碰撞的声音,然后反向工作来理解它们的物理特征。

天体物理学家一直在用超级计算机模拟这种类型的碰撞,这有助于进行反算并能推断出物体是什么,它们的质量和它们的下落。使用奇特的并行算法,可以在包含数百或数千台独立计算机的超级计算机集群上运行我们的分析,如果在笔记本电脑上运行同样的分析需要大约50到100年的时间。

观察显示,GW190814对在8亿光年之外的太空深处相撞。这对黑洞中的一半绝对是黑洞,比我们的太阳大23倍,但是它的舞伴很神秘——另一个物体只有我们太阳的2.6倍大,这让它处于一个奇怪的位置。它可能是一颗中子星,但也可能是一个黑洞。

很难解释黑洞或中子星怎么会有大约2.6个太阳质量,科学家从未探测到如此轻的黑洞,中子星预计不会那么重——当它们变得太大时,就会塌缩成黑洞。所以这个神秘的物体似乎是某种不符合我们目前理解的金发女孩星。如果它是一颗超重中子星,那么就需要新的物理学来解释它。如果这是一个光黑洞,那么我们对渴望光的宇宙野兽如何以及在哪里形成的理解将被改写,这是科学的双赢局面。

GW190814非常罕见,在三年的观察中,我们只见过一次这样的事件,要找到更多还需要一段时间。2019年4月探测到的两个黑洞之间的碰撞,被称为GW190412,重力波探测第二次发现了物体质量的显著差异,显示超过20个太阳质量的质量差异。这些巨大的差异可以让研究人员测试爱因斯坦的广义相对论,GW190814和GW190412都符合爱因斯坦的预测——所以我们还没有打破物理学。

责任编辑:田喆

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