十天内两次引力波事件,科学家们猜中了结果,却不知道从何而来

大家知道 , 大质量恒星在生命周期的末期 , 随着内核发生核聚变的强度逐渐减弱 , 外层物质会发生剧烈的坍缩 , 然后猛烈冲击恒星的内核 , 产生高强度的反弹激波 , 从而形成超新星爆发现象 , 伴随着大量恒星组成物质向宇宙空间中抛洒 , 以及新形成的物质大批量生成 , 恒星最终将坍缩成中子星或者黑洞 。
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引力波暴露了黑洞吞噬中子星
在爱因斯坦的广义相对论中 , 引力被形容为时空的一种弯曲效应 , 质量越大的物体 , 对周围时空的弯曲程度贡献就越大 。 而当一个物体 , 特别是大质量的物体 , 在特定的时空中运动发生变化时 , 就会引发时空曲率的变化 , 并且以波的形式以光速向外传播 , 这种效应被称为引力波 。
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在爱因斯坦预言引力波存在之后的100多年时间里 , 科学家一直在努力寻找引力波存在的证据 。 近年来 , 科学家们利用美国激光干涉引力波天文台(LIGO)、我国架设在昆仑站的南极巡天望远镜AST3-2、意大利比萨附近的VIRGO、欧洲的空间引力波项目eLISA(演化激光干涉空间天线)等等 , 均发现了引力波存在的有力证据 , 这其中包括双黑洞合并以及中子星合并过程中所产生的时空“涟漪” 。
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然而 , 黑洞与中子星的混合碰撞 , 一直都是大质量、致密天体合并家族图景中 , 最难以捉摸的“缺失”部分 。 幸运的是 , 科学家们利用LIGO和Virgo探测 , 于2020年监测到了两个全新的引力波事件 。 经研究发现 , 这两次引力波事件的产生 , 来源于距离地球9亿光年之外的两个星系中 , 而且都是由黑洞吞噬其伴星-中子星的结果 。 此次特殊的引力波探测 , 为遥远的、稀有的双星系统起源、发展以及合并演化等方面的研究 , 提供了难得的“素材”和第一手资料 。
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十天之内的两次大事件
来自LIGO和VIRGO团队的研究人员 , 分别于2020年1月5日和2020年1月15日的10天间隔期 , 发现了两次引力波大事件 , 后来被命名为GW200105和GW200115 。
十天内两次引力波事件,科学家们猜中了结果,却不知道从何而来】在长期的天文观测和相关研究中 , 科学家们建立并不断完善关于大质量恒星演化、黑洞和其它大质量天体合并演化的相关模型 , 而监测演化和合并过程中的相互融合速率 , 则是判断引力波来源的最根本途径 。
2020年1月5日 , LIGO率先侦测到来自GW200105的强信号 , 天文学家根据引力波特性 , 判断这是由一个9倍太阳质量的黑洞与另外1.9倍太阳质量的致密天体碰撞所引发的 , 后来得出的结论显示 , 这个致密天体是一颗位于9亿光年之外的中子星 , 所以这次黑洞吞噬中子星事件 , 足足发生在至少9亿前的远古时期 。
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2020年1月15日 , 在探测到GW200105引力波仅10天后 , LIGO和Virgo仪器都探测到了GW200115 。 经科学家们研究判断 , 这次引力波的产生 , 来源于一颗6倍太阳质量的黑洞与一个1.5倍太阳质量的中子星合并所产生 , 这颗中子星距离地球大约10亿光年 , 说明这次吞噬事件发生的时间 , 要比10天前发现的更为“古老” 。
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到底发生在哪里?
如果要相对精确地确认引力波的来源位置 , 那么就需要相隔较远的探测器 , 均探测到引力波的信息特征后 , 才可以利用模型进行计算得出结论 。 然而 , 在探测到这稍纵即逝的引力波信号时 , 均只有一个探测器探测的信号很强 , 而其它探测器探测的信号过于“安静” , 所以 , 要想锁定引力波的起源位置 , 现在看还做不到 。
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由于这两个事件 , 是全球首次对黑洞与中子星合并产生的引力波进行可靠的观测 , 通过观测的结果 , 科学家们判断 , 在距离地球10亿光年之内的这片广袤的区域内 , 每个月差不多都会发生一次类似这样的“吞噬”事件 , 只不过很多都无法被探测到而已 。
通过这两次引力波探测结果 , 科学家虽然不能精确锁定其起源位置 , 但是相关数据也让科学家们缩小了范围 , 比如GW200105潜在的位置 , 缩小到整个天空的17%左右 , 相当于3.4万个满月所覆盖的区域;而GW200115的起源方向 , 可能相当于2900个满月覆盖的位置 。