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LIGO又雙叒叕檢測到引力波:發現迄今質量最小黑洞

來源:新浪科技 發布日期:2017-11-21

阿甲科技LIGO檢測到引力波

這張示意圖展示的是截止 2017 年 11 月 17 日,全部 5 次引力波信號探測結果中涉及的黑洞質量大小

新浪科技訊,北京時間 11 月 21 日消息,據美國太空網報道,天文學家們再次宣布接收到來自宇宙深處幾個“巨獸”發出的低沉信號。

這些隱藏在黑暗中的“巨獸”就是一對黑洞,每一個的質量都大約為5~10 倍太陽質量,這兩個黑洞相互碰撞并最終合并為一個質量更大的黑洞。就在本周, “激光干涉引力波天文臺”(LIGO)的科學家們就宣布再一次檢測到來自黑洞的引力波信號,這已經是 2015 年首次引力波信號被探測到以來的第五次信號。而比較特別的是,本次探測到的信號對應的黑洞是迄今 LIGO 探測到質量最小的。本次信號發現的時間是今年 6 月 8 日,因此編號 GW170608。

美國西北大學博士生,LIGO 項目組成員愛娃·切斯(Eve Chase)表示:“我們正在獲得對黑洞全新的,全所未有的認識。”

掀起漣漪

LIGO 是探測引力波的專門設備,后者是空間中的一種漣漪。愛因斯坦指出,時間與空間之間緊密聯系,共同構成一張被稱之為“時空”的網絡。愛因斯坦的理論還顯示,那些質量極大的物體,比如恒星和行星會造成周圍的時空網絡彎曲,就像一個鉛球丟在拉緊的床單上回造成明顯的凹陷一樣。而引力波正是在這些大質量天體做快速運動時產生的時空擾動。

在愛因斯坦預言引力波的存在 100 年之后,2015 年 9 月 14 日,LIGO 項目組首次檢測到引力波信號,并于后來在 2016 年 2 月向世界公開宣布。隨著兩個黑洞逐漸接近,它們相互繞轉的速度越來越快,在此期間相互之間的距離更進一步靠近,最終終于結合到了一起。迄今所有 5 件已知的引力波事件中,涉及的黑洞都是所謂“恒星級”的,這些黑洞的質量大約在太陽的 5 倍~100 倍之間。

切斯表示:“我們已經有了 5 個不同的小小黑洞家族,它們各自發出的‘聲音’都不一樣。每一次的探測都有不同,有些案例非常‘響亮’,有些案例非常遙遠,有些案例中的黑洞質量很小,有些案例中兩個黑洞的質量則幾乎一樣。”

在 LIGO 在 2015 年首次檢測到引力波信號之前,研究人員主要通過黑洞對星光的彎曲效應,以及圍繞黑洞運行的物質產生的影響來間接推斷一些恒星級黑洞的性質。借助X射線探測找到的恒星級別黑洞一般質量都在 10~20 倍太陽質量,但 LIGO 探測到的一些黑洞質量則要大得多,這一點對于天文學家來說是一個意外情況。

但在本周,LIGO 項目組宣布,在今年的 6 月 8 日,項目組檢測到兩個黑洞的相互合并事件,并且本次事件中涉及的黑洞質量很小,是迄今五起案例中黑洞質量最小的,分別大約為太陽質量的 7 倍和 12 倍。這次合并事件產生了一個質量為 18 倍太陽質量的黑洞,在此過程中有一部分質量轉換成了能量,這個 18 倍的黑洞應該也是 LIGO 歷史上探測到的最小質量的合并后黑洞。此前 2015 年 12 月 26 日的那次信號事件中涉及的黑洞質量也很小,與本次事件接近。

切斯表示:“引起我們關注的是黑洞的質量。6 月 8 日事件中的黑洞質量與之前在X射線波段探測中找到的黑洞目標是相符的,這樣就讓我們得以將兩種不同探測手段得到的結果進行對比。”

LIGO 正在以越來越快的速度發現越來越多的黑洞,很快它找到的黑洞就將和光學波段找到的黑洞數量一樣多。此外,LIGO 現在還有了伙伴:在今年的 8 月份,歐洲建造的“室女座”引力波天文臺開始在意大利境內投入運行,而就在 8 月份當月,這兩臺探測器就完成了兩次聯合觀測,分別是在 8 月 14 日探測到的一次黑洞合并事件,以及 8 月 17 日探測到的首次中子星合并事件。

切斯表示:“我們現在還只是開始,我們將發現很多很多的雙黑洞系統。”她說:“類似的爽恒星系統可以單獨形成,也可以在一些比較擁擠的環境下產生,比如在密度較大的星群或星團內部。在密集的星團中產生,隨后被踢出去流浪的情形要比單獨條件下形成的幾率要高很多,這種過去的歷史會在它們的軌道和繞轉中留下痕跡。一旦我們借助 LIGO 等設備探測到超過 100 個雙黑洞案例,我們到時候或許就可以開始估算這兩種情況發生的比例關系了。”

LIGO 項目的科學家們現在就像野生動物學家發現了野外環境中的一種罕見物種:他們必須仔細研究,從中將各個黑洞身上的共性和個性的東西總結提取出來。切斯表示:“由于目前我們只有 5 個案例,我們還不能據此得出任何結論,但我們正在朝著揭開雙黑洞系統成因之謎的道路上前進。”

但切斯也表示,天文學家將用迄今為止所取得的探測數據去嘗試估算銀河系內部究竟有多少潛藏的恒星質量雙黑洞系統,而后續的每一次新案例發現都將幫助科學家們完善他們的估算結果。

LIGO 目前正在經歷新一輪升級過程,本次升級將進一步提升設備靈敏度,這將擴大其對引力波的檢測范圍。預計到 2018 年秋季,LIGO 將再次開機進行探測工作。

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