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人类首次直接探测到了引力波

时间: 2018-05-17 23:22 来源:网络整理 点击:

8月底以来,天文圈一直暗流汹涌,世界各地70多家天文台早早地准备联手发布重磅炸弹。上到Nature杂志的“官方谣言”,下到德克萨斯大学奥斯丁分校的J. Craig Wheeler、 华盛顿大学西雅图分校的Peter Yoachim两位教授的推文等等,搞得好多吃瓜群众们既心慌慌又心痒痒的:莫非是外星人真的要来了?

还好,八卦久了终会出现真相——北京时间2017年10月16日22:00(美国东部时间10月16日10时),LIGO-Virgo 科学合作组及全球各主要天文台同步发布重大天文学发现:首次直接探测到了由双中子星并合产生的时空涟漪——引力波及其伴随的电磁信号,正式编号——GW170817。

此次发现也标志着人类历史上第一次使用引力波天文台和其它望远镜同时观测到了同一个天体物理事件,开启了期待已久的多信使天文学的新窗口,引力波天文学也为理解中子星的性质提供了电磁天文学单独所不能实现的新机会。

美东时间10月16日上午10点,北京时间10月16日晚上22点,LIGO实验室、LIGO科学合作组织和Virgo合作组织在美国华盛顿DC联合全球数十家天文台宣布,LIGO在8月17日上午协调世界时间(Coordinate Universal Time)12点41分04秒,即美东时间上午8点41分04秒,探测到双中子星并合所产生的引力波(GW170817)! 这是人类首次探测到双中子星并合事件!

1.7秒之后,美国宇航局费米空间望远镜探测到此双中子星并合所产生的伽玛暴(GRB170817A)! 这是人类首次探测到引力波的电磁对应体! 宣示双信使天文学时代的正式来临。

这一突破给全球范围的天文学家带来一场前所未有的盛宴,世界各地天文台在随后的观测中,探测到此双中子星并合所产生的从X射线到微波的电磁信号,找到金、铂等新合成贵重元素的信号,揭开困扰学界数十年的比铁重的元素宇宙起源之谜。

这一系列重大成果也宛若论文金矿,引发了全球顶级期刊对首发论文的激烈竞争。PRL当仁不让占据头条。Nature和Science为配合LIGO的新闻发布,改变了通常美东时间周三周四上线新文章的时间作息,推出系列相关研究论文,光Nature就一口气6篇!中国旗舰期刊《科学通报》英文版Science Bulletin 也同步上线中国天文学家重要成果。

发现经过

2017年8月17日,12:41:04 (协调世界时),在近地轨道默默飞驰着的费米-伽马射线太空望远镜向地面自动发送了一条简讯,内容是它刚刚探测到了一次来自宇宙深处伽马射线暴发。

大约6分钟后, 位于美国加利福尼亚州汉福德市的 LIGO 引力波探测器传来消息,在刚刚探测到的伽马暴发生前 1.7秒,探测到一次引力波暴发事件。

13:21:42,加入全球联网系统(Gamma-ray Burst Coordinates Network, GCN)的世界各地的望远镜控制中心同时收到一则通知,内容是发现一例高度疑似双中子星并合事件,并通报了初步判定的方位坐标。全世界的天文学家顿时都沸腾了,纷纷把自己的望远镜指向信号来源的方向.....

同一时间(北京时间8月17日晚上9点多钟),已经通过协议加入了LIGO多信使全球观测合作的慧眼团队,也收到了疑似观测到双中子星合并的通报,把在轨运行仅2个月,还处在紧张测试阶段的慧眼卫星,对准了信号来源的方向……

全世界的望远镜都在同一时间指向了同一个方向:那席卷1.3 亿光年的时空狂澜的源头。

第一次,人类不仅“听”到了引力波的“声音”,还“看”到了引力波的起源。

什么是引力波?

简单的来说,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。在爱因斯坦的描述中,有质量的物体会使它周围的时空发生扭曲,物体的质量越大,时空就扭曲得越厉害。

昨夜今晨最大八卦终于坐实——人类首次直接探测到了引力波

举个例子,把太阳和地球想象成宇宙桌布上的两个球。起伏,震颤,波浪……你可以用各种各样的词形容你在上图看到的“时空扰动”。这种变化以波的形式向外传播,用听起来很厉害的说法讲,就是“引力波”,换文艺点的说法讲,就是“时空的涟漪”。

质量巨大的系统,比如两个黑洞或两颗中子星快速相互绕转,它们产生的涟漪可就厉害了——像这种致密双星并合过程,所释放的能量,远超太阳一生释放的能量总和。而这么大的能量,通常会集中在最后一秒内爆发——那一刻,整个宇宙中所有别的天体释放功率的总和都及不上它,就问你怕不怕!

中子星引力波特殊在哪里?

这已经是 LIGO 探测到的第 6 个引力波信号了。前 5 次的引力波都是来自两个黑洞合并,并且黑洞的总质量都超过20个太阳质量。相互绕转的黑洞在时空中激起震荡,就像蹦床中央两个跳舞的大胖子在蹦床上激起的震颤一样。而这一次引起引力波的物体总质量只有 2.8 个太阳质量,这对于黑洞而言太小了,倒很像是中子星。除了质量的不同之外,其他 5 次黑洞合并没有被用任何电磁波望远镜观测到,而这一次却被从射电到伽马射线、工作在不同电磁波能段上的不同望远镜探测到。这些迹象都表明,这一次的引力波应该来自两个中子星的碰撞。

中子星是何方神圣?为什么它碰撞发出的引力波比黑洞的引力波更让科学家们兴奋?

昨夜今晨最大八卦终于坐实——人类首次直接探测到了引力波

至今为止观测到的6次引力波事件。图中不同色彩的圆圈代表了各次引力波事件信号可能来自天空的方向范围。几次引力波事件发生后,利用引力波观测所能给出的事件在天空中可能的位置分布的对比。可以看到在今年欧洲的Virgo加入之后,3站联合给出的定位精度有了很大提高。图片来源:LIGO/Virgo/NASA/Leo Singer/Axel Mellinger

昨夜今晨最大八卦终于坐实——人类首次直接探测到了引力波

本次引力波事件的方位。图中左侧显示的是费米、LIGO和VIRGO共同确定的引力波信号来自的天空(天球)方向范围。在这个范围里,发现一个星系中发生了巨新星爆发的现象。右侧是光学望远镜拍摄到的爆发前与爆发后的星系照片。可以看到爆发后(上图)多了一颗星体。图片来源:LIGO scientific collaboration, Virgo collaboration and partner astronomy groups.

如何一句话表达“朕已阅”?

引力波和传统天文学终于成功的并肩作战。从今以后,“引力波”领域,终于毫无疑问的成为天文科学的一员。

天文学家们认定,这是一次双中子星的碰撞事件。引力波GW170817的观测,让我们测量了两个中子星的质量。伽马射线暴GRB170817A,让我们认识到中子星碰撞后有物质被高速抛出;后续的紫外、可见和红外光学观测和不同谱段光强的分析,让我们初步确定发光来自于重元素的衰变,确立了SSS17a是一个千新星。X光和射电 (微波波段的无线电) 观测,让我们更好地了解了爆炸的能量,抛出物质的状况,以及爆炸周围的环境。

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