人類首次探測到由中子星相撞產(chǎn)生的引力波,破解“黃金白銀”的起源

伶軒 8年前 (2017-10-16)

人類首次探測到了由中子星相撞產(chǎn)生的引力波。同時,驗證了雙中子星并合的時候會產(chǎn)生大部分超重元素金、銀等。

北京時間2017年10月16日22:00(美國東部時間10月16日10時),LIGO/Virgo聯(lián)合全球各大天文臺在華盛頓召開新聞發(fā)布會,公布其在引力波探測中的新發(fā)現(xiàn)和相關(guān)細(xì)節(jié)。

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對于這一天文盛事,鎂客君在南京紫金山天文臺召開的新聞發(fā)布會現(xiàn)場見證了這一重大發(fā)現(xiàn)。紫金山天文臺發(fā)言人表示,人類首次探測到了由中子星相撞產(chǎn)生的引力波。同時,驗證了雙中子星并合的時候會產(chǎn)生大部分超重元素金、銀等。

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據(jù)了解,從北京時間2017年8月18日21:10起(即距離引力波事件發(fā)生24小時后),中國南極巡天望遠鏡AST3合作團隊利用正在中國南極昆侖站運行的第2臺望遠鏡AST3-2對GW 170817開展了有效的觀測,此次觀測持續(xù)到8月28日,期間獲得了大量的重要數(shù)據(jù),并探測到此次引力波事件的光學(xué)信號,如下圖:

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這些數(shù)據(jù)揭示了此次雙中子星并合拋射出約1 %太陽質(zhì)量(超過3000 個地球質(zhì)量)的物質(zhì),這些物質(zhì)以0.3倍的光速被拋到星際空間,拋射過程中部分物質(zhì)核合成,形成比鐵還重的元素。

愛因斯坦相對論“拼盤”終被補齊,LIGO曾三次探測到引力波

LIGO(laser interferometer gravitational wave observatory的縮寫,激光干涉儀引力波天文臺),是借助于激光干涉儀來聆聽來自宇宙深處引力波的大型研究儀器。據(jù)悉,LIGO由兩個干涉儀組成,每一個都帶有兩個4千米長的臂并組成L型,分別位于相距3000千米的美國南海岸Livingston和美國西北海岸Hanford。每個臂由直徑為1.2米的真空鋼管組成。

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2015年9月14日,LIGO科學(xué)家首次探測到了引力波,并于2016年2月11日發(fā)布了這一重大發(fā)現(xiàn)。此后,LIGO又先后探測到了兩次引力波事件,分別于2016年6月15日和2017年6月1日探測到。

值得一提的是,LIGO所探測大的這三次引力波的信號來源是一樣的,都是來自于兩個黑洞的碰撞與并合。據(jù)了解,三次并合事件所形成的黑洞質(zhì)量相當(dāng)于太陽的62倍、49倍和21倍。美國麻省理工學(xué)院的戴維·休梅克表示,三次成功探測,讓人類有了進一步的證據(jù)表明,大于20倍太陽質(zhì)量的黑洞是存在的,而這些,是在LIGO探測到引力波信號之前我們所不知道的。

美國科學(xué)家曾表示,引力波是愛因斯坦相對論實驗驗證中最后一塊缺失的“拼圖”,它的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)界里程碑式的重大成果,更標(biāo)志著人類在引力波領(lǐng)域的探索之旅正式開始了。

引力波是時空彎曲中的漣漪,是能超越不同維度的力,但還不能帶我們穿越時空

可能對于大多數(shù)人來說,“引力波”是一個非常新鮮又很高大上的名詞,但并不知道它到底是什么,四個字總結(jié)就是:不明覺厲。

在物理學(xué)中,引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。簡單而言,引力波就是憑借光速傳播產(chǎn)生的時空波動。

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百年之前,愛因斯坦曾基于廣義相對論預(yù)言了引力波的存在,他表示,引力是時空彎曲的一種效應(yīng),而這種彎曲是因為質(zhì)量的存在而導(dǎo)致。通常而言,在一個給定的體積內(nèi),包含的質(zhì)量越大,那么在這個體積邊界處所導(dǎo)致的時空曲率越大。當(dāng)一個有質(zhì)量的物體在時空當(dāng)中運動的時候,曲率變化反應(yīng)了這些物體的位置變化。在某些特定環(huán)境之下,加速物體能夠?qū)@個曲率產(chǎn)生變化,并且能夠以波的形式向外以光速傳播。這種傳播現(xiàn)象被稱之為引力波。引力波的存在是廣義相對論洛倫茲不變性的結(jié)果,因為它引入了相互作用的傳播速度有限的概念。

相關(guān)理論和資料顯示,引力波有兩個非常重要而且比較獨特的性質(zhì):

第一、不需要任何的物質(zhì)存在于引力波源周圍,這時就不會有電磁輻射產(chǎn)生;

第二、引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進途中的天體。然而,比如,來自于遙遠恒星的光會被星際介質(zhì)所遮擋,引力波能夠不受阻礙的穿過。

而正是因為這兩個特征,引力波才可以攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現(xiàn)象信息。

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科學(xué)家表示,通過研究引力波,我們有望借助引力波直接觀測到黑洞內(nèi)在世界,能看清楚那占比宇宙質(zhì)量95.1%的暗物質(zhì)和暗能量里藏著什么。此外,引力是目前人類所知道的唯一能超越不同維度的力,通過研究引力波,人類或許可以在未來掌握進入到另外一個時空的技術(shù)。

那么,問題就來了,憑借當(dāng)前探測到的引力波,真的能帶領(lǐng)我們穿越時空嗎?

LIGO科學(xué)合作組織的研究成員、加州理工學(xué)院物理學(xué)教授陳雁北教授表示,理論上,向一個正在合并的雙黑洞發(fā)射一個疊加的引力波,是有可能放大引力波效果的。但引力波是非常微弱的,目前人類很難發(fā)射可以被接收和探測的引力波。此外,由于引力波本身造成的時空彎曲是很小的,所以從當(dāng)下來看,借助引力波穿越時空并不現(xiàn)實。

題外話

從目前來看,LIGO是唯一能夠多次成功探測到引力波的天文機構(gòu),其探測難度可想而知。但大家不知道的是,隨著引力波理論的進一步被證實,傳統(tǒng)天文學(xué)的概念正在被顛覆,世界各國對這一領(lǐng)域的探索和布局也越來越重視。

目前,空間引力波探測已被列入中國科學(xué)院制訂的空間2050年規(guī)劃中。而我國主要的三個大型引力波探測項目:太極計劃、天琴計劃和阿里實驗計劃,則均與LIGO一樣,都是利用激光干涉的方式,對引力波進行探測和研究。

可能有人說,相較于LIGO,中國在這一領(lǐng)域幾無成果。但我們不可否認(rèn),引力波探測才剛剛開始,應(yīng)用更是遙不可及。雖LIGO走在領(lǐng)域前列,但其實大家都是在同一起跑線上,未來的發(fā)展如何,我們可以期待,卻不可一概而論。

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