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K 迄今为止,已知的引力波源区域在天空的分布图。有了Virgo的帮助,定位引力波源头的精准度更高。图片来自LIGO官网
jv%kOovj 双中子星并合后发出短伽马暴和巨新星辐射的示意图。
图片来自网络
:y%/u%L 编者按:引力波,是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪,宛如石头丢进水里产生的波纹。百年前,爱因斯坦广义相对论预言了引力波的存在,但直到2015年人类才首次探测到引力波。通过引力波,人们有可能了解宇宙早期的样貌。此次,人类第5次探测到引力波,并首次观测到引力波电磁对应体,这将开启引力波天文学的新时代。
*n 6s.$p)% 传言终获证实。
北京时间10月16日22时,激光干涉引力波天文台(LIGO)和处女座(Virgo)引力波探测器合作组织联合召开发布会,宣布再次探测到时空的涟漪。
$c:ynjL|P- 这是人类第5次探测到引力波。然而,科学界的兴奋之情甚至不亚于第一次探测到引力波的时候。因为与之前4个信号不同,这次探测到的引力波信号GW170817来自1.3亿光年外两颗并合的中子星,而且是全球多地科学家第一次同时观测到引力波与其电磁对应体。
)4<__|52"1 迄今最强的引力波信号 #Ssx!+q? “这是我们迄今观测到强度最强的引力波信号,比第一次观测到的双黑洞引力波信号要强得多。”LIGO科学合作组织爆发源分析组联席主席、英国格拉斯哥大学教授、北京师范大学特聘外国专家Ik Siong Heng表示,它与之前的双黑洞绕转产生的引力波信号非常类似,但持续时间更长。“探测器中GW170817信号持续时间超过1分钟,之前的双黑洞并合引力波信号只有1秒左右。”
mpuq 9)6 8月17日,LIGO与Virgo的三台探测器先后接收到引力波信号GW170817。在探测到引力波信号GW170817后的1.7秒,
美国国家航空航天局(NASA)的费米卫星探测到了一个伽马射线暴GRB170817A。在之后不到11个小时内,位于智利的Swope望远镜报告在长蛇座星系NGC4993中观测到明亮的光学源。在接下来的几周里,无数望远镜将目光对准这片天区,记录下这一事件发生之前100秒至之后几周的信号。
YaKeq5%y 根据这些记录,科学家复原出故事发生的过程:在
距离地球1.3亿光年的长蛇座星系NGC4993中,两颗中子星互相绕转。在并合前约100秒时,它们相距400公里,每秒钟互相绕转12圈,并向外辐射引力波。它们越转越近,直至最终碰撞在一起,形成新的天体,并发出电磁辐射。
Tgm nG/Z 中子星是恒星演化末期形成的一类致密天体。虽然它的半径只有十几公里,质量却与太阳相当。中子星到底有多硬?其内部物质以何种状态存在?这些一直是科学家感兴趣的问题。
M<.d8?p ) 根据观测到的引力波信号,科学家估算出两颗中子星的质量、半径,并对其密度给出了保守的估计,帮助排除了那些对于中子星密度估计过低的理论模型。“引力波信号GW170817的演变,尤其是接近并合阶段的信号演变,受到中子星自身性质的影响。如果中子星更致密一点,或者更稀松一点,引力波的信号都会不同。”Ik Siong Heng说。
QS` PpyBkd 期待中的电磁对应体 G~2jUyv “这个结果来得太快,本以为要在2020年左右才能观测到第一例双中子星并合。”中科院紫金山天文台研究员吴雪峰在接受科技日报记者采访时难掩兴奋。
E_])E`BJ 与双黑洞并合不同,双中子星并合过程不仅向外辐射出引力波,还会在多个波段发出电磁辐射,从而被望远镜观测到。那些在发出引力波同时,又被望远镜观测到的天体被称为引力波的电磁对应体。
:(!`/#6H 天文学家为何对引力波的电磁对应体如此感兴趣?“引力波都是一次性的,无法重复观测。其电磁对应体则不是这样。”北京师范大学天文学系副教授高鹤解释说,“此外引力波信号自身存在一定缺陷,比如信号十分微弱,信号源的定位误差非常大,仅仅利用引力波探测无法确认信号来自哪里。” 高鹤说,只有实现了引力波与电磁波的联合探测,才可以证认引力波源的天体物理起源,并对其天体物理性质开展进一步的研究。
w$z}r 在8月17日探测到的并合中,科学家尚不清楚,最终是形成了更大质量的中子星,还是黑洞。但已知的是,新天体约为2.74倍太阳质量,而在这个过程中损失的质量,主要转化成引力波和电磁波,辐射向宇宙各个方向。
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