新華社北京10月16日電 題:人類初次「看見」引力波意味著什麼?
新華社「中國網事」記者
國際天文界再次被引力波刷屏。多國科學家16日宣布,人類初次直接探測到雙中子星合併產生的引力波及其隨同的電磁旌旗燈號。中子星引力波怎麼探測?引力波解答了哪些疑問?還有哪些未解之謎?「中國網事」記者就此採訪了有關科學家。
引力波怎麼探測
日期:16日晚22時,包括我國在內的多國科學家宣布,人類第一次直接探測到來自雙中子星合併的引力波,並同時「看到」由這一壯觀宇宙事件發出的電磁旌旗燈號。
據科學家介紹,2017年8月17日,美國激光干涉引力波天文台(LIGO)發現一個新的引力波旌旗燈號GW170817。這個信號是一個由雙中子星合併產生的引力波。全球約70個地面及空間望遠鏡從紅外、X光、紫外和射電波等多個波段展開後續觀測。這其中,也包羅中國架設在崑崙站的南極巡天千裏鏡AST3-2。
僅僅在LIGO觀測到引力波旌旗燈號后的1.7秒,美國費米太空千裏鏡探測到名為GRB170817A的伽馬射線暴。「費米幾乎在統一時候觀測到伽馬射線暴,讓我們加倍興奮,也更有緊迫感。」加州理工學院LIGO數據闡明小組負責人艾倫·溫斯坦傳授回想說。
LIGO和費米在碰到強信號時,會自動向天文界發送警報。這是一場與時候的競走,世界範圍內的望遠鏡後續觀測隨即啟動。Facebook讚好 Facebook買讚好買大約11個小時后,位於智利的斯沃普千裏鏡率先觀測到此次信號的光學對應物——位於一個叫NGC4993星系的雙中子星系統。
基於AST3-2自力收集到的數據,科研人員還計算出,此次兩顆緻密中子星合併的進程共拋射出跨越3000倍地球質量的物質,這些物質攜帶有龐大能量,拋射速度達到0.3倍光速。
引力波也被稱為「時空的漣漪」。1916年,愛因斯坦基於廣義相對論預言,猛烈的天體舉止會帶動四周的時空一起波動,這就是引力波的由來。爾後百年間,科學界一直在尋覓引力波的存在。此前,人類已經發現4例由雙黑洞合併產生的引力波。
何故震動天文學界
為什麼中子星引力波引發天文界震動?專家們說,主要緣由有三個。
起首,這是人類第一次探測到雙中子星合併。LIGO項目構成員、美利堅大學天體物理學家格雷戈里·哈里告知記者,此前觀測到的引力波均來自黑洞。黑洞完全由扭曲時空構成,本質上沒有物資,而中子星卻是一個切實星體,是以能深切認識核物資的行為。
哈里說,中子星引力波可以用來直接丈量到源的距離,而響應的電磁旌旗燈號給出了速度,由此可用來校準宇宙膨脹速度,即所謂哈勃常數,從而進一步回覆宇宙從哪裡來、又往哪裡去等重大問題。
其次,這是人類第一次同時觀測到來自統一個天文事宜的引力波和電磁波,使得確認宿主星系成為可能。這一事宜展現了引力波與電磁波等分歧研究團隊之間開展合作的主要性,也標誌著「多信使天文學」跨入新時代。
「我想說的是,這是第一次我們既能『看到』也能『聽到』一個天文事宜,這些分歧的『感官』體驗將能給我們許多信息。」哈里說,「引力波天文學才方才最先,跟著21世紀向前成長,我們可以等候引力波觀測將為宇宙學、天文學、天體物理學、核物理學和引力學以及其他領域帶來更多見解。」
第三,地面紅外千裏鏡探測到了中子俘獲進程,從而第一次供應確實證據證實了中子星合併就是宇宙金、鉑等超鐵元素的首要發源地。
南非誇祖魯-納塔爾大學的引力波研究專家馬寅哲在發給記者的一份電子郵件中開頑笑說:「假如有人問帶著金戒指的女性同夥,她的金戒指從哪兒來?她應當說,這是從銀河系中的合併中子星那裡產生的。」
還有哪些未解之謎
本次LIGO項目組宣布發現的引力波,來自距地球約1.3億光年處的雙中子星合併。與黑洞合併只產生引力波分歧的是,中子星合併除產生引力波外,還發出了大量的電磁波。
這就是讓天文學家感應興奮的「多信使天文學」。引力波和電磁波作為分歧的「信使」,可以告知我們統一個天文事宜在分歧方面的信息。美國田納西大學天體物理學傳授邁克爾·吉德里說,「多信使天文學」是天文學家恒久尋求的「聖杯」,將對相幹範疇的將來產生龐大影響。
哈里說,如果沒有引力波研究,中子星的很多性質都將是長時間懸而未解的謎,包孕在強引力感化下怎麼曲折變形、合併時將會産生什麼情形、質量多大時會構成黑洞等等。
「GW170817不克不及回覆所有這些問題,但它給我們供應了之前沒有的信息,而且表明引力波觀測是解答這些問題的一個切實可行的方式。」哈里說。
他指出,迄今探測到的5次引力波信號都與愛因斯坦的廣義相對論理論完全吻合,但廣義相對論卻與量子力學不相容,是以一些概念認為廣義相對論需要批改。諸如GW170817等事宜是少數能在引力極限情形下驗證廣義相對論的設施之一。「我們還有可能觀測到更強、更清楚的旌旗燈號,那也許能向我們展示愛因斯坦引力理論所不能注釋的器械。」
具體到此次事件,雙中子星合併以後釀成了什麼,仍然沒有謎底。科學家列出了兩種可能性,一種是釀成了十分大質量的中子星,另外一種是釀成了黑洞。但不論是什麼,它的質量大約相當於2.74個太陽。(記者:林小春、王珏玢、彭茜、蔣芳、黃堃)
文章出自: http://news.sina.com.tw/article/20171017/24250316.html