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黑洞和「神祕天體」的碰撞
GW190814(Albert-Einstein-Institut/視頻截圖)

科學家探測到史詩般的宇宙碰撞:「神祕天體」出現了

【希望之聲2020年6月30日】(編輯:郭曉)引力波天體運動扭曲時空產生的向外傳播的時空漣漪,但是它是如此的微弱,以至於我們只能探測到宇宙中大質量天體碰撞產生的引力波。2015年,LIGO天文臺首次探測到黑洞碰撞產生的引力波,這標誌着引力波天文學進入一個黃金時代。

最近,天體物理學家探測到了迄今爲止最奇怪的引力波信號,此次碰撞是在2019年8月被美國和意大利精密的微調激光器探測到的。令人驚訝的是激光以前探測到黑洞碰撞和中子星碰撞,但現在它們暗示了一些前所未有的東西:一個黑洞撞上了一顆中子星

這個信號是激光干涉引力波天文臺和意大利處女座天文臺的引力波科學家所見過的最強的信號之一。在警報發出後,世界各地的天文學家將他們的望遠鏡對準了電波發出的空間點,但是他們的搜索一無所獲,沒有光,沒有x光,沒有紅外線,沒有伽馬射線。這一事件令人費解,隨着科學家開始仔細研究這些數據,引力波的來源變得更加令人困惑。

來自LIGO和處女座合作的研究人員在《天體物理學雜誌快報》上詳細介紹了他們對引力波探測的全面分析,這是對史詩般的宇宙碰撞的第一次詳細研究。這項研究的關鍵是能夠探測引力波的兩個LIGO設施和處女座設施,像黑洞和中子星這樣的極端天體在碰撞時會向整個宇宙發出電波。這些設施基本上是在傾聽巨大宇宙物體相互碰撞的聲音,然後反向工作來理解它們的物理特徵。

天體物理學家一直在用超級計算機模擬這種類型的碰撞,這有助於進行反算並能推斷出物體是什麼,它們的質量和它們的下落。使用奇特的並行算法,可以在包含數百或數千臺獨立計算機的超級計算機集羣上運行我們的分析,如果在筆記本電腦上運行同樣的分析需要大約50到100年的時間。

觀察顯示,GW190814對在8億光年之外的太空深處相撞。這對黑洞中的一半絕對是黑洞,比我們的太陽大23倍,但是它的舞伴很神祕——另一個物體只有我們太陽的2.6倍大,這讓它處於一個奇怪的位置。它可能是一顆中子星,但也可能是一個黑洞。

很難解釋黑洞或中子星怎麼會有大約2.6個太陽質量,科學家從未探測到如此輕的黑洞,中子星預計不會那麼重——當它們變得太大時,就會塌縮成黑洞。所以這個神祕的物體似乎是某種不符合我們目前理解的金髮女孩星。如果它是一顆超重中子星,那麼就需要新的物理學來解釋它。如果這是一個光黑洞,那麼我們對渴望光的宇宙野獸如何以及在哪裏形成的理解將被改寫,這是科學的雙贏局面。

GW190814非常罕見,在三年的觀察中,我們只見過一次這樣的事件,要找到更多還需要一段時間。2019年4月探測到的兩個黑洞之間的碰撞,被稱爲GW190412,重力波探測第二次發現了物體質量的顯著差異,顯示超過20個太陽質量的質量差異。這些巨大的差異可以讓研究人員測試愛因斯坦的廣義相對論,GW190814和GW190412都符合愛因斯坦的預測——所以我們還沒有打破物理學。

責任編輯:田喆

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