【热点第128期】“前所未见”新发现!中子星合并产生的新型引力波

第128期 引力波,空间太极计划,最新发现, 2017-10-16 19:59:19
来源:中国科技网
作者: 编辑:桂楷东
【编者按】

这两年来,引力波多次占据媒体头条,从一种几乎很少有人关注的高深词汇一下子融入了我们的日常生活。而就在今晚,北京时间22:00,美国国家自然科学基金会(NSF)将邀请世界两大引力波研究团队:“激光干涉仪引力波观测台”(LIGO)以及Virgo研究团组的科学家们,以及来自全球各地大约70个天文研究机构的科学家们参加活动。届时美国和欧洲多个科学机构将发布“此前从未观测到的”引力波新发现。到底将泄露什么天机?本期热点聚焦我们就来时刻关注引力波最新发现。

重磅新闻!科学家发现中子星合并产生的新型引力波

10月16日电 据外媒报道,北京时间16日晚10点,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)在官网宣布,LIGO和Virgo探测器及其他合作伙伴探测到由双中子星合并产生的新型引力波。这是人类首次探测到双中子星合并产生的引力波。

从2015年9月到今年1月,LIGO曾先后3次单独探测到引力波。今年8月,LIGO和Virgo共同探测到引力波。这4次引力波信号均来自双黑洞并合。 瑞典斯德哥尔摩当地时间10月3日,瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予Rainer Weiss,Barry C. Barish和Kip S. Thorne,以表彰他们在引力波研究方面的贡献。图为Ranier Weiss(资料图)。

刚刚过去的10月3日,3名科学家凭借为LIGO探测器建设和发现引力波所作贡献一举夺得2017年诺贝尔物理学奖。

据悉,引力波就是黑洞等巨大天体在碰撞时产生的一种特殊的“时空涟漪”,是时空扭曲带来的现象,就像石头被扔进水中所产生的波纹。

中国南极巡天望远镜追踪探测到引力波事件的首例光学信号

是外星人发来问候,还是“三体舰队”光临地球?都不是!失望吗,别着急,卖了几天“关子”的科学们真的“搞出个大新闻”——中国科学院南京紫金山天文台16日晚上10点发布重大消息称:中国南极巡天望远镜追踪探测到引力波事件的首例光学信号,并证实证实双中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素(金、银)的起源地。

2017年8月17日,LIGO(美国地基先进激光干涉引力波天文台)和VIRGO(欧洲处女座)共同探测到的引力波事件GW 170817,是人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的引力波事件。随后的几秒之内,美国宇航局Fermi伽玛射线卫星和欧洲INTEGRAL卫星都探测到了一个极弱的短时标伽玛暴 GRB 170817A。全球有几十台天文设备对GW 170817 开展了后随观测,确定这次的引力波事件发生在距离地球1.3 亿光年之外的编号为NGC 4993的星系中。

自北京时间 2017年8月18日21:10起(即距离引力波事件发生24小时后),中国南极巡天望远镜 AST3 合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2 台望远镜 AST3-2对GW 170817开展了有效的观测,此次观测持续到8月28日,期间获得了大量的重要数据,并探测到此次引力波事件的光学信号。这些数据揭示了此次双中子星并合抛射出约1%太阳质量(超过3000个地球质量)的物质,这些物质以0.3倍的光速被抛到星际空间,抛射过程中部分物质核合成,形成比铁还重的元素。因此,这次引力波的发现,证实了双中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素(金、银)的起源地。这意味着我们人类在探测未知世界的路上又更进了一步。

AST3-2是我国在昆仑站安装的第二台南极巡天望远镜。其有效通光口径50 厘米,是南极现有最大的光学望远镜,并且完全实现了极端环境下的无人值守全自动观测。目前,AST3-2主要进行超新星巡天、系外行星搜寻、引力波光学对应体探测等天文研究。

据悉,这些根据这些天文观测数据形成的论文将在《科学通报》发表。

全球各大天文机构预警将曝重磅消息 或有引力波新发现

自2016年2月位于大洋彼岸的“激光干涉引力波天文台”宣布,2015年9月14日人类首次直接探测到引力波至今,短短两年多的时间里,引力波这个物理学界的“高冷”词汇,已经“飞入寻常百姓家”。本月初,三位因引力波探测而声名远播的科学家刚刚摘得今年的诺贝尔物理学奖。那么,人们为什么对引力波新发现这么兴奋激动?被称为“时空涟漪”的引力波奇妙在哪里?

“世界那么大,我想去看看”,然而宇宙真的太大了,有时我们只能去听听。爱因斯坦的广义相对论一百年前就预言了引力波的存在,但直到2015年才首次获得证实。近一个世纪的求索后,人类终于聆听到宇宙深处的声音。

引力波由黑洞等天体在碰撞过程中产生,有人把它想象成石头丢进水里产生的波纹,也有人用电影《泰坦尼克》里男女主人公跳舞的场面来描绘它。

美国宇航局高级科学家、诺贝尔物理学奖得主约翰-马瑟评价,“这对于天文学来说是巨大的发现,不仅仅是技术上的进步,也不仅仅证明了爱因斯坦理论的正确,这是我们在天文学上发现的全新的东西。 ”

现如今,即使是不做科研的普通人也大都知道,宇宙起源于由大约137亿年前发生的一次大爆炸。而引力波的发现最终将帮助我们探索宇宙起源的诸多秘密。

什么是引力波?

究竟什么是引力波?它的探测之路为何如此困难?它的消息又为何能震惊整个科学界?让这张图带你了解。

100年前,爱因斯坦曾预言会产生引力波?

早在1915年,爱因斯坦提出广义相对论,并在次年6月发表的新论文中预言,发生黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等一些强引力场事件时会产生引力波。

爱因斯坦认为,引力是因质量对于时空造成变形所致,如同石头丢进水里产生的波纹一样,而非质量之间的吸引。

打个比喻,如果将时空看成一张大橡胶膜,用小球代替天体,被放在橡胶膜上时,球的质量会把橡胶膜往下压。这时,如果在旁边再放一颗球,两颗球分别造成的“时空弯曲”会让它们逐渐滚向对方。当它们互相加速运动时,产生的“涟漪”就是引力波。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件都会形成强大的引力波。

由此,在物理学上,引力波被赋予如诗般的名字——宇宙中泛起的“时空涟漪”。

现在中国的引力波探测处于什么样的发展状态?

中科院国家天文台研究员张承民称,中国在贵州建设500米口径射电望远镜(FAST)方面,把引力波作为探测目标之一。也就是说,后来引力波这项计划就转变成为FAST的科学目标之一,它未来可以通过监测毫秒脉冲星的空间位置变化,检验引力波的直接证据。

此前在上海建成的65米口径射电望远镜,以及现在正在新疆筹建的110米口径射电望远镜,都提出把脉冲星引力波监测作为其科学目标之一,但是它们的灵敏度和综合性能目前还达不到美国和澳大利亚射电望远镜的探测能力。在用射电望远镜探测引力波方面,美国、欧洲和澳大利亚目前是走在我们前面的。

FAST项目建成之后我们有可能实现追赶并赶超,按照设计要求, FAST的灵敏度和精度会比国际上现有最好的射电望远镜高3到5倍,它未来可能会成为引力波探测与研究的利器。因此,在未来几年,我们可以耐心等待来自中国的发现。

除此之外,中国加入了澳大利亚和南非正在建设的平方公里大型射电望远镜阵列(SKA)计划。SKA完成后将是世界上灵敏度最高的望远镜阵列,未来可能在探测引力波方面也会具有很高的权威性和说服力。

整整一个世纪,科学家始终未曾直接观测到它

探测到引力波并非易事。整整一个世纪,众里寻他千百度,科学家始终未曾直接观测到它。

20世纪60年代末期,美国马里兰大学物理学家J·韦伯宣布通过共振型引力波探测器测量到引力波,引起轰动。但可惜其实验无人可重复,理论上也很难论证。他的工作激励了很多科学家加入到引力波理论研究和实验探测的行列。

1974年,就在引力波实验逐渐发展时,美国物理学家约瑟夫·泰勒和天文学家拉塞尔·赫尔斯利用射电望远镜发现了一对脉冲双星,观测其以引力波形式损失能量的数值与广义相对论所预言的吻合,由此间接证明了引力波的存在。他们也因此于1993年荣获诺贝尔物理学奖。

2014年,由加州理工、哈佛大学等几所大学的研究人员组成的BICEP2团队曾宣称利用南极望远镜找到了原初引力波,将直接验证暴胀宇宙模型,遗憾的是后来证实那只是银河系尘埃影响的结果。

日新月异的科技似乎发展到了一个节点,终于为我们拨开迷雾,在美国东部时间2015年9月14日5时51分,科研人员利用LIGO首次“听”到,来自距离地球13亿光年之外的一场引力风暴,两个巨大质量黑洞碰撞最后并合瞬间对时空的扰动,即引力波。