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中子星是宇宙中密度最大的天体之一,因为排在它前面的,可能也只有黑洞了。黑洞的恐怖不用多说,即便是宇宙中代表着速度极限的光,一旦进入黑洞的视界范围内,也再无逃脱的可能!而中子星的引力强度也超出我们的日常认知,因为它可以将原子结构破坏,一个通俗的说法:能够将电子压进原子核,与质子合并成为中子。

如果当这两个引力怪物离得很近,会发生什么呢?

一篇6月29日发表于《天体物理学杂志快报》的论文给我们展示了这个过程:黑洞像“吃豆人”一般,吞噬了整个中子星,整个过程非常迅速,但二者所激荡出的强大引力波信号被人类接收到了。

10亿光年外的死亡共舞!首次证实黑洞吞噬中子星,对人类有何影响

该项研究最早由2020年1月份探测到两起双致密天体碰撞事件的引力波信号开始,研究团队利用美国的激光干涉引力波天文台以及意大利的处女座引力波天文台,探测并给出了这两起事件发生的具体信息:一起是约6倍太阳质量的黑洞与1.5倍太阳质量的中子星合并(离地球10亿光年),另一起是约9倍太阳质量的黑洞与2倍太阳质量的中子星合并(离地球9亿光年)。

该研究团队表示,这为他们找到了“拼图的最后一块”,因为此前人类已经探测到了双黑洞以及双中子星合并事件,唯独差了个黑洞和中子星合并,而现在终于找到了,首次确认观测到来自黑洞和中子星碰撞的引力波!

什么是中子星?什么是黑洞?

在恒星的演化历程中,不同质量等级的恒星有着不同的寿命结局,就以我们的太阳来讲,虽然其质量是地球的33万倍,但放到整个恒星当中,它的个头和体重也算不得突出,因此当50亿年后,由于核心区域氢元素聚变殆尽,太阳就转变到“红巨星”阶段。

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此时太阳的体积会膨大数倍,以至于水星、金星乃至是地球,都有可能被其吞噬(当然了,地球上的生命是撑不到被吞噬的那一天的)。

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红巨星还不是太阳的寿命终点,在此之后将会留下一个高密度核心,我们将其称为白矮星。然而这并不是所有恒星的结局,对于那些大质量恒星而言,它们会经历一次被称为“超新星爆发”的过程,之后依据原先恒星的质量等级,进而产生两种天体:中子星和黑洞。

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而我们今天的主角也是这样的形成的,不过对于它们两个为何会靠到一起,有两种不同的猜测:

①这二者原先就是一个双星系统,也就是在没“进化”到最终阶段前,是一起旋转共舞的俩兄弟恒星

②二者原先并没有引力上的关联,也就是如果不发生超新星爆发,那么这二者是不会走到一起的

什么是引力波?

引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的物理现象,我们知道广义相对论是至今人类所拥有的引力理论里面最好的一个,它将引力现象解释为时空弯曲,而引力波就是时空上的涟漪。

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一个通俗的例子,就好像你把一块石子扔进湖里,湖面会产生一层层的波纹,如果把这个现象放大到宇宙级别,那就是当一个天体加速运动或者两个天体相互环绕时,时空就会产生波纹,这就是引力波。

为什么要研究引力波?有什么价值?

一个很简单的道理,我们人类至今对于宇宙的研究,几乎全部都是建立在电磁波层面上的观测,但电磁波有着一个天生的缺点,那就是容易被物质所遮蔽。

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比如说早期宇宙的演化过程,人类目前所知道的最早宇宙信号来自宇宙微波背景辐射,但这也仅仅是大爆炸38万年以后的信息,因为在此之前,宇宙对于光子而言,是不透明的,因为浓厚的等离子环境使得光子没法自由传播。

但引力波就不一样了,因为它是时空的波动,穿透物质时几乎可以认为没有能量损耗(计算表明,想让引力波信号衰减一半,必须连续穿过60亿个地球那么厚的物质)。所以引力波可以让人类更好地了解在宇宙诞生之初到底发生了什么。

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此外对于引力波的研究,还有如下几个点:了解超新星爆发内部过程、研究诸如中子星黑洞等致密天体的更多信息、极高密度下的物质物态方程。哦,对了,还有一点忘说了:引力波的速度也是光速,因此它的信息传递速度与电磁波一致。

如何测量引力波?

既然引力波对于天文观测的好处这么多,那么该如何观测呢?实际上这件事相当困难,毕竟爱因斯坦当年在得出引力波这个结论的时候,一度认为引力波不会被探测到,因为它实在是太微弱了。不过由于科技的进步,科学家们将这种不可能变为了现实。

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位于美国的激光干涉引力波天文台(LIGO,由两个干涉仪组成,分别位于美国南海岸的利文斯顿以及西北海岸的汉福德区,二者相距3000千米),在2016年首次探测到了引力波。

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仪器利用的本质原理来自相对论,因为引力波会导致物体的尺寸发生变化。实际上你可以这样来理解,我们常说引力是时空弯曲,而引力波在其所经过的地方,会导致局部的时空度规发生变化,也就是那里的空间尺度会有波动(夸张一点,就像一个靠近黑洞的人,身体会被拉长一样),此外时间也会波动(因而理论上也可以利用这一点探测引力波)。

LIGO引力波天文台利用的是空间尺度的变化特性,其干涉仪由两个相互垂直的干涉臂构成,臂长四千米,每个臂的两端各有一个镜面,激光可在其内部来回振荡,并且在集合点发生干涉,如果当引力波通过干涉仪时,干涉臂的长度就会发生变化,进而使得干涉条纹也出现变化,由此就可以探测到引力波的到来。

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总结

正如上一小节所言,引力波跨越数十亿光年的距离来到地球,它所带来的时空“涟漪”已经非常小了,对于人体而言,是不可能察觉到异样的,只有异常灵敏的仪器可以感知!所以我们丝毫不用担心引力波会扭曲人体,甚至是撕碎。

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此外由于双致密天体环绕合并事件产生的引力波,属于高频引力波段,由大质量天体的整体运动所产生,其引力波相具有相干性,所以能够携带大量引力源的信息,因此对于研究而言,价值非常高。

原文链接:http://www.toutiao.com/a6979427209639379467

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