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1916年,爱因斯坦根据自己的广义相对论,提出了一个预言,那就是引力波的存在。

预言很容易,验证却很难。科学家们用了整整100年的时间,在2016年才终于证明了爱因斯坦的预言,发现了引力波。

引力波的探测,的确给我们带来了巨大的挑战。但是,接下来的“剧情”恐怕就大大出乎我们的预料了。在完成了第一次引力波探测后,人类在这方面的研究就像是“开了窍”一样,一发而不可收。此后的引力波探测虽然仍然存在难度,但不再像此前一百年那样难以企及,越来越多的引力波被发现。

仅仅半年时间,科学家捕获了39次引力波,宇宙秘密正在被解开

不得不说,虽然距离第一次发现引力波只过去了4年,但现在科学家对于引力波的探测,已经可以说是游刃有余。 仅仅在2019年4月1日到10月1日期间,LIGO-Virgo合作项目就在宇宙中发现了多达39次引力波,平均每周就有1.5次。

LIGO-Virgo合作指的是两座专门用于探测引力波的天文台,其中LIGO指的是激光干涉引力波天文台,有两个部分的观测来形成干涉,其中一个臂位于美国Livingston市,另一个位于美国Hanford市;Virgo指的是室女座干涉仪,位于意大利比萨附近。

仅仅半年时间,科学家捕获了39次引力波,宇宙秘密正在被解开

(图片说明:室女座干涉仪)

它们是目前世界上最先进的引力波探测天文台,并且多次合作,以增强观测能力。在前几次发现了引力波后,科学家们对两个天文台进行了升级,增强了观测能力,才有了这39次新的引力波事件被发现。迄今为止,引力波瞬态目录2一共已经记录下50次引力波事件了。

引力波的发现绝不仅仅是验证爱因斯坦理论而已,它如今已经成为了科学家探测宇宙的重要工具,帮助我们理解黑洞、中子星等致密天体的性质。通过引力波了解它的波源,就像是在顺藤摸瓜,可以让我们获得很多有用的信息。

(图片说明:激光干涉引力波天文台)

LIGO科学合作组织(LSC)成员、西北大学的天文学家Christopher Berry指出:“引力波天文学具有革命性,它能够向我们展示那些隐藏在角落中的黑洞和中子星的生活。仅仅用了5年的时间,我们就从完全不知道双黑洞存在,发展到了拥有超过40个黑洞名录的今天。第三次观测取得了比以往更加丰富的收获,将它们和此前的发现结合在一起,就能够绘制一幅遍布着五花八门的双星系统的宇宙画卷。”

的确,通过引力波的探测,科学家们发现了许多此前从未探测到过的黑洞。同时,通过对引力波的追踪,我们还能观测到双黑洞、双中子星、黑洞-中子星等多种致密双星系统的秘密,揭示宇宙中最极端天体和事件的物理法则。因此,引力波的探测对我们来说极其重要。

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GW 190412是一次双黑洞并合时间,它的名字里GW是引力波gravity wave的首字母缩写,后面的数字代表科学家观测到这一事件的日期。这是科学家发现的第一组质量极度不平衡的双黑洞并合事件,此前的双黑洞相撞事件中的两个主角,一般质量相差都不大,而这种“最萌质量差”的双黑洞并合可以让我们以全新的角度进行观测和研究。

和它不同的是,GW 190425的两个主角都是中子星。中子星的质量和密度都比黑洞小,因此产生的引力波也相对微弱一点,更难以被探测,这是人类第二次探测到双中子星相撞,第一次是在2017年8月。

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(图片说明:科学家模拟GW 190521的引力波)

GW 190521更加特别,在这次双黑洞并合事件中,科学家首次证明了中等质量黑洞的存在,填补了恒星级黑洞和超大质量黑洞之间的空白。

GW 190814也非常值得关注,因为这是科学家第一次看到了绝对不平衡的引力波事件,事件的双方分别是一个黑洞和一颗中子星。

随着他们观测到的引力波事件越来越多,这种仅仅以日期来命名的方式已经不够了,甚至不得不加上具体的发现时间(世界协调时间UTC),比如GW 190426_152155和GW 190924_021846。

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德国波茨坦阿尔伯特·爱因斯坦研究所的天文学家Serguei Ossokine向我们介绍了这两次引力波事件的一些信息:“GW 190426_152155可能是一颗6倍太阳质量的黑洞和中子星并合产生的,不过这个信号非常微弱,所以我们也无法完全确定……GW 190924_021846是我们迄今为止能确定最轻的黑洞并合事件,其中一个质量是太阳的6倍,另一个则是太阳质量的9倍。虽然也有一些信号可能来自于更轻的天体,比如GW 190814,但我们尚不确定它们是不是黑洞。”

在谈到这些发现时,西北大学和LSC的天文学家Maya Fishbach兴奋地说:“到现在为止,LIGO和Virgo的三次观测运行已经带来了许多惊喜。在第二次观测的时候,我一度以为自己看尽了宇宙所有的双黑洞光谱,但黑洞给我带来的景致却更加丰富,多样性远超过我的想象,我很兴奋,想要看看未来的观测还能给我们上一节怎样的课。”

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对于黑洞,我们目前找不到任何方式能够直接看到它;即使是中子星,由于强大引力的作用,也不可能允许我们近距离观测。因此,引力波成为了最重要的工具,可以帮助我们了解黑洞和中子星,甚至可以在它们并合的瞬间,通过引力波了解它们的内部结构。

Berry指出:“双黑洞并合以及中子双星是个独一无二的实验室,我们可以通过它们研究引力以及大质量恒星如何度过一生的天体物理学知识,而爱因斯坦的广义相对论符合所有的观测结果。LIGO和Virgo改变了我们对这些双星的观测能力,并且随着我们观测设备的不断进步,这些发现的速度将会越来越快。”

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在获得这些发现的同时,我们应该感谢爱因斯坦曾经提出了这个预言。如果没有爱因斯坦,人类天文学在今天会发展得怎样,实在是一件很难想象的事。可以说,今天所有的天文学家,都是站在爱因斯坦的肩膀上前行。

原文链接:http://www.toutiao.com/a6889186356795277832

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