最强引力波信号泛起 一图读懂它和你什么关系

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  例如哈勃常数,它是权衡宇宙膨胀速率的主要参数。现在,可通过丈量Ia型超新星、重子声波震荡、宇宙微波配景等多种方式获得其数值。然而,随着探测精度的提高,丈量值的分歧越来越显着。例如通过丈量邻近Ia型超新星获得的哈勃常数数值,显着大于普朗克太空卫星通过宇宙微波配景观察获得的哈勃常数数值。引力波及其电磁对应体的发现,将提供丈量哈勃常数的自力渠道。“可以通过引力波波形得出波源的距离,由电磁波对应体提供红移信息,凭据距离红移关系丈量哈勃常数。”北京师范大学天文系教授朱宗宏说。

  传言终获证实。北京时间10月16日22点,激光干预干与引力波天文台(LIGO)科学互助组织和童贞座引力波探测器(Virgo)互助组织团结召开公布会,宣布再次探测到时空的涟漪。

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  2013年以来,科学家已经发现多个巨新星候选体。“它们之以是只能被称为候选体,是由于只有一两个光学信号点,并没有获得光变曲线,特殊是没有同时观察到引力波,用以佐证它们来自双中子星并合。”吴雪峰说。

  巨新星则是1998年北京大学教授李立新(其时为普林斯顿大学博士生)与普林斯顿大学已故教授Bodhan Paczynski互助提出的构想。“双中子星并适时向外抛射的物质会通过快中子历程形成金、银等重元素,并形成光学和近红外辐射。” 李立新说,这些辐射征象比超新星的亮度暗100倍,比通俗新星亮1000倍,被称为巨新星或千新星。

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  科学家对这次观察兴奋不已,还由于观察将双中子星并合与短伽马射线暴直接联系在一起,并首次观察到巨新星征象,让科学家能够深入相识双中子星并合的物理历程。

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  引力波与电磁波携带着天体差别类型的信息。引力波及其电磁对应体的发现,有助于科学家联合差别信息研究天体的性子,并磨练宇宙的基本纪律。

  注:文中图片除注明外均来自网络

  与双黑洞并合差别,双中子星并合历程不仅向外辐射出引力波,还会在多个波段发出电磁辐射,从而被望远镜观察到。那些在发出引力波同时,又被望远镜观察到的天体被称为引力波的电磁对应体。

双中子星并合后发出短伽玛暴和巨新星辐射的示意图双中子星并合后发出短伽玛暴和巨新星辐射的示意图

  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。

  凭据观察到的引力波信号,科学家估算出两颗中子星的质量、半径,并对其密度给出了守旧的限制,资助清除了那些对于中子星密度预计过低的理论模子。“引力波信号GW170817的演变,尤其是靠近并合阶段的信号演变,受到中子星自身性子的影响。若是中子星更致密一点,或者更稀松一点,引力波的信号都市差别。”Ik Siong Heng说。

  这是人类第五次探测到引力波。然而科学界的兴奋之情甚至不亚于第一次探测到引力波时。由于与之前被探测到的四个引力波信号差别,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,而且科学家第一次同时观察到了引力波及其电磁对应体,以及科学家预言的巨新星征象。

  在此次观察中,科学家捕捉了引力波信号、短伽马射线暴信号以及光学信号。后续剖析证实这些信号相互关联,均来自中子星并合。我国在南极大陆安装的南极巡天望远镜AST3也捕捉了并合的光学信号。

  “这个效果来得太快,本以为要在2020年左右才气观察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。

  在最新的观察中,LIGO科学互助组织举行了这个实验,得出的哈勃常数数值为70公里/(秒·百万秒差距)。“由于丈量历程需要用到引力波的波形信息,现在这一丈量并禁绝确。”朱宗宏说,“未来联合引力透镜要领,有望将哈勃常数的误差限制在1%之内,这个精度远高于现在光学波段的丈量精度。”

  找到金银等元素降生地

  “理论上所有双中子星并合都市形成巨新星。但通常它们比力暗弱,因此能不能看到取决于它们与我们的距离。”李立新说,幸运的是,这两颗中子星离我们并不遥远。

  “现在观察到的双中子星并合引力波相对来说都比力近,因此能为天文学家寻找巨新星提供参考。”Ik Siong Heng说。而在伽玛暴研究方面,引力波能提供双中子星及并合物的质量、自旋等信息。“这些基本特征能让天体物理学家构建模子,诠释观察到的伽玛暴辐射。” 

  原题目:引力波的源头,终于泛起在视线中,一图读懂它和你有什么关系

  磨练宇宙纪律的新信使

  天文学家为何对引力波的电磁对应体云云感兴趣?“引力波都是一次性的,无法重复观察。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诠释说,“此外引力波信号自身存在一定缺陷,好比信号十分微弱,信号源的定位误差很是大,仅仅使用引力波探测无法确认信号来自那里。” 高鹤说,电磁波段是现在生长最完善、理论研究最透彻的观察窗口,也是现有探测手段与探测仪器最富厚的窗口。“只有实现了引力波与电磁波的团结探测,才可以证认引力波源的天体物理起源,并对其天体物理性子开展进一步的研究。”

  在8月17日探测到的并合中,科学家尚不清晰,最终是形成了更大质量的中子星,照旧黑洞。但已知的是,新天体的质量约为2.74倍太阳质量,而在这个历程中损失的质量,主要转化成引力波和电磁波,辐射向宇宙各个偏向。

双中子星并合历程中的物质抛射和喷流形成数值模拟双中子星并合历程中的物质抛射和喷流形成数值模拟

  8月17日,LIGO与Virgo的三台探测器先后吸收到引力波信号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个小时之内,位于智利的Swope望远镜陈诉在星系NGC4993中观察到明亮的光学源。在接下来的几个星期里,无数望远镜将眼光瞄准这片天区,记载下这一事务发生之前100秒至之后几个星期的信号。

  凭据这些记载,科学家回复出故事发生的历程:在距离地球1.3亿光年的长蛇座星系NGC4993中,两颗中子星相互绕转。在并合前约100秒时,它们相距400公里,每秒钟相互绕转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。

  所谓伽马射线暴,是天空中某一个偏向伽马射线辐射突然增亮的征象。凭据伽马射线暴时间长于或短于2秒,可分为长暴与短暴。科学家以为,长伽马射线暴与大质量恒星塌缩形成黑洞的历程相关,短伽马射线暴则源自双中子星并合或中子星与黑洞并合。前者已被大量观察所证实,后者却一直没有找到直接观察证据。

  迄今最强的引力波信号

  “有多名学者对巨新星理论举行过完善,这次的观察效果很是吻合完善后的理论构想。”李立新说。

责任编辑:张岩

  “最初GW170817信号到达时,LIGO位于美国路易斯安那州利文斯通的探测器数据中存在杂散噪声。凭据这些噪声的特征,我们将它从剖析中扣除了。”Ik Siong Heng说,今后研究职员确认在此时代没有人为的模拟信号注入,那些信号确实来自遥远的天体。

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 激光干预干与引力波天文台(LIGO) 激光干预干与引力波天文台(LIGO)

  LIGO与Virgo的探测目的是恒星级致密天体,也即黑洞、中子星之间并合发出的引力波。在这一探测规模内,双中子星并合、中子星与黑洞并合被以为是可能的引力波电磁对应体候选者。在LIGO生长的早期,双中子星并合曾被以为是引力波观察的主要目的。

  “这是我们迄今观察到强度最强的引力波信号,比第一次观察到的双黑洞引力波信号要强得多。”LIGO科学互助组织发作源剖析组联席主席、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表现,它与之前的双黑洞绕转发生的引力波信号很是类似,但连续时间更长。“探测器中GW170817信号连续时间凌驾1分钟,之前的双黑洞并合引力波信号只有1秒左右。”

  期待中的电磁对应体

  “8月份,南极的冬天刚刚已往,目的天体的地平高度较低,天天有2个小时左右的观察时间。8月18日起,我们举行了10天的观察,获得了目的天体的91幅图像,并最终获得目的天体的光变曲线,与巨新星理论展望高度吻合。”吴雪峰表现。

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为此,我不得不通过QQ群,微博等方式屡屡发出声明。

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发布时间:2017-10-18 01:24:49

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