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[转帖] 世界各大天文台联合预警:今晚公布引力波重要发现

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zgd

最佳新人

发表于 2017-10-16 15:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
  据中国之声《新闻纵横》报道,这两天,全球数十家著名天文机构纷纷发布了同一条消息:北京时间今日(16日)晚上10点,将发布重大消息。这吊足了全世界的胃口。这些机构包括南京紫金山天文台、美国国家航空航天局、欧洲南方天文台等。

  平时都挺严谨挺靠谱的组织,这次却很是调皮,除了这一句“重大消息”,口风都紧得很。看来不到今天晚上10点,他们都绝不会透露分毫。不过有天文爱好者从今年8月《自然》杂志的一篇文章中看出了端倪,这个“重大发现”不是有些人猜测的发现了外星人;不过也大可不用觉得失望,因为这次发现的主角同样是位重量级角色:引力波。

  引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。而发现引力波的三位美国科学家也刚刚在本月初毫无争议地获得了诺贝尔物理学奖。

  虽然这次引力波新发现还没有正式公布,但目前也有一些猜测:过去探索到的三次引力波事件,都是双黑洞并合。但黑洞并合真的是“黑”的,它不会发射出电磁波;而这次,有可能是会在电磁波波段释放出巨大能量的双中子星并合。这样,在电磁波望远镜中,这个引力波,是会发光的,至少是能被电磁波望远镜“看”到的。

  当然,在今天晚上之前,一切都是猜测。但是,科学家们为什么要对引力波如此神魂颠倒?我们是不是在探测未知世界的路上又更进了一步?

  “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。

  科学家:大家可以听到最后一响,我们有一个“biu”的一声,这个大家可以看到,在频域它已经非常非常突出了,这就是我们所探测到的引力波,所以我们讲我们听到了引力波的声音。我们想象的宇宙空间像水波纹一样的时空分布,如果这里面有物质,尤其是像黑洞这么的物质,开始在里面对时空进行搅动的话,它就会不断释放引力波。

  这么形象地解释,来自于清华大学LIGO工作组负责人曹军威。LIGO是美国“激光干涉引力波天文台”的简称,背后有十多个国家、千余名研究人员的艰辛付出,正是他们在2015年首次成功探测到引力波。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。

  曹军威:《泰坦尼克号》中的杰克和罗斯之所以会互相吸引,除了因为爱还因为质量,有质量的物体会使他周围的时空发生扭曲,物体的质量越大时空就扭转的越厉害。如果你将时空看成一张大橡胶膜,然后往上面放一个罗斯,那么她的质量就会把橡胶膜往下压,如果放一个杰克,那你会看到罗斯和杰克分别造成的时空扭曲,让他们俩逐渐接近对方。太阳和地球的关系也是一样的道理,只不过太阳的质量比地球大的多,造成的时空扭曲也更大,所以看上去是地球绕着太阳旋转,所以按照广义相对论的思路引力只是时空扭曲必然带来的现象,而当太阳和地球跳转圈舞的时候,他们周围的时空就会发生起伏、震颤和波浪。这种变化以波的形式向外传播,用听起来很厉害的说法讲就是引力波。

  这样的描述使得引力波听起来很浪漫,而在科学家眼中,发现引力波的伟大之处是人类又找到了一种探索浩瀚宇宙的新途径。

  国际宇航联空间运输委员会秘书长、中国航天科工集团公司二院研究员杨宇光:基于目前人类掌握的物理知识和可以预见的物理学知识,人类只能在太阳系的范围内活动,不可能到哪怕是最临近的恒星系去旅行的。那么只有一种可能性,就是除非将来物理学发生质的飞跃,也就是说人类对自然界的认识产生质的飞跃才有这种可能性。那么引力波他最重要的意义在于,人类从过去到现在所有对自然界的观测,包括天文观测,主要依赖于电磁波,也就是雷达或者是光学波段的电磁波对未知世界进行探测。而有了引力波以后我们就对自然界多了一种探测的手段,那么这是一个质的差异。那么引力波的探测有可能使我们了解到更丰富的有关于黑洞、中子星等等这些天体在发生一些现象和剧烈变化时的时空变化,所以说它对于我们了解物质世界是非常有用的。

  美国宇航局高级科学家、诺贝尔物理学奖得主约翰·马瑟: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。

  杨宇光:在宇宙从一个奇点大爆炸,产生目前我们见到的宇宙的整个过程是如何演化的,实际上人类也仅仅是有假说而已,并没有从理论上和实践上去证实它。而通过引力波的研究我们可以了解,比如像之前提到的黑洞等一些现象所产生的极端的物理规律是十分有用的,对我们更好的认识宇宙起源也就是刚才所讲的大爆炸以及它的演化过程,有非常重要的参考价值。
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   本贴仅代表作者观点,与麻辣社区立场无关。
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发表于 2017-10-16 21:00 | 显示全部楼层
我们仍然不能确定宇宙的起源,但我们逐渐明白宇宙正在发生以及将要发生什么。
zgd

最佳新人

 楼主| 发表于 2017-10-16 22:48 | 显示全部楼层
  全球各大天文台重磅发布:这次听到引力波,也看到了

  北京时间10月16日22时,在整个天文学界因一则重磅预警“炸锅”后,吊足胃口的美国国家航空航天局(NASA)、欧洲南方天文台、南京紫金山天文台、英国科技设备委员会、法国国家科学研究中心等全球数十家科学机构终于联合宣布了重大成果:从约1.3亿光年外,科学家们首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波,及其光学对应体。

  该成果由美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)和欧洲“处女座”(Virgo)引力波探测器及全球其他70个地面及空间望远镜共同完成的,包括中国第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”HXMT望远镜和中国南极巡天望远镜。相关论文发表在《物理评论快报》(PhysicalReviewLetters)、《自然》等期刊上。

  LIGO团队在2016年2月正式宣布成功探测到由双黑洞并合产生的引力波,完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图,由此众望所归地捧走了今年的诺贝尔物理学奖。然而,这次全球共同完成对同一个天文事件的引力波与电磁波的首次联合观测,才正式标志着天文物理掀开多信使时代的新一页。

  清华LIGO科学合作组织工作组负责人曹军威向澎湃新闻(www.thepaper.cn)介绍道,之前LIGO和Virgo探测到4次来自双黑洞的引力波信号,在LIGO探测器的敏感频段内只能持续不到一秒的时间,然而,在8月17日探测到的这个持续了100秒,并且扫过了LIGO的整个灵敏频段——这个频段与一个普通乐器能产生的声波频段几乎相同。科学家们可以识别这个天体源的质量远比迄今观测到的所有黑洞的质量都要小得多。

  LIGO的数据指向了两个距离地球1.3亿光年的相互旋进的天体。数据显示这个天体系统的质量没有双黑洞大,估计为1.1~1.6倍太阳质量,恰好是中子星的质量范围。对于噪音背景的分析显示,这种强度的信号是由一致性随机噪音产生的概率低于每8万年一次。

  一小勺重达10亿吨的中子星

  引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲,时空在伸展和压缩的过程中,会产生振动传播开来,这些振动就是引力波。我们在地球上随时随地都可能遭遇来自宇宙中各种源头的引力波:两个黑洞并合、碰撞;中子星旋转、并合;超新星核塌缩等。

  LIGO团队此前探测到的4次引力波事件,均由双黑洞形成。全世界都在期待,中子星能出现在引力波事件中。

  恒星演化到末期,经由引力探索发生超新星爆炸,根据质量的不同,内核可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。中子星几乎完全由中子构成,是目前已知的最小、致密的恒星。一小勺中子星物质就可能重达10亿吨。双中子星系统在围绕中心旋转的过程中会不断放出引力波,导致系统能量降低,轨道缩小,并最终撞在一起,释放出强烈的引力波。在最终并合前的100秒以内发出的引力波信号正好位于激光干涉仪的灵敏频段内,因此有机会被观测到。

  “看”到引力波的余晖

  黑洞吸收光,无法被观测到,而中子星则不然。中子星并合过程不但会发射出强列的引力波辐射,还伴随剧烈的电磁辐射,也就是所谓的光学对应体。可以说,在科学家们“听”到中子星引发的引力波事件并定位后,就能运用望远镜“看”到“光”,即电磁波。

  双中子星并合的艺术想象。窄束代表着伽马暴,而扭曲的时空网格标志着由并合产生的各向同性的引力波。旋转的物质团块是从并合的双星中抛射出的物质,可能导致了较低能量的电磁信号源。美国国家科学基金会/LIGO/索诺马州立大学/A.Simonnet图

  今年8月份,LIGO和VIRGO开始合作探测引力波。由三处探测器发现的引力波事件不仅更为可靠,也更能准确定位。当时,天文学界已经“谣传”两家发现了带光学对应体的引力波源,疑似由中子星并合产生。不过,消息迅速被当事人删除。而两家天文台在9月底最终发布的结果,是另一次由黑洞并合产生的引力波事件GW170814。

  那么,这次这个激动人心的引力波光学对应体究竟是什么呢?

  原来,中子星并合以后会发出伽马光子,该信号在引力波到达地球2秒钟之后也被观测到。在其后数周内,这场大并合仍会继续发出其他频段的“光”,包括X射线、紫外线、可见光、红外线以及射电波等。

  一场科学盛宴:多信使天文学

  经历了一个月多的“谣传”和猜测,这个天文学界人人都心知肚明的秘密终于被揭晓。

  北京时间8月17日20时41分,LIGO捕捉到时长100秒的GW170817引力波信号。此时,升级为高新LIGO后的第二轮科学观测正接近尾声,而Virgo处于刚刚开始升级为高新Virgo的第一次运行。

  几乎同时,GRB170817A伽玛短暴触发了NASA费米望远镜(Fermi)的伽马暴监测器。LIGO-Virgo的分析软件通过比较两信号,得出结论:这不太可能只是一个巧合。

  随后,全球各大望远镜纷纷启动后续探测……

  这次成果的科学意义毋庸置疑。科学家们对中子星演化、引力波来源、伽玛暴来源的了解更进一步,后续仍会有更多重要的数据和论文发表。而更重要的或许是这场“群像”性质的天文盛宴:随着引力波这个重要角色到位,“多信使天文学”掀开了新的一页,天文物理的“全球化”也必然地更进一步。

  清华LIGO工作组自2009加盟LIGO以来,就参与了迄今为止的所有引力波发现。主要研究工作包括:1.构建了“利用已知脉冲星群组性质探测连续引力波”的方法,并利用该方法搜索信号;2.完善了“贝叶斯多信使天文学框架”,并且用该框架研究引力波—短伽马暴;3.进一步优化GPU加速在线致密双星并合信号搜寻程序流水线;4.探索深度学习在引力波实时数据分析中的应用等等。

  引力波天文时代到来了。正如2017年诺奖得主BarryBarish接受澎湃新闻专访时所言:从LIGO探测到引力波起,新一代的天文物理研究者就已绕不开它。

2021年优秀网友 2017年优秀网友

发表于 2017-10-17 08:55 | 显示全部楼层
站在一颗沙粒的角度是无法想象沙漠的浩瀚,人类就是宇宙中的一粒沙子……
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