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全球联合发布:人类首次同时探测到引力波及其电磁对应体

2017-10-17 10:23
云制造
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北京时间2017年10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件(编号GW170817),国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。

两个合并的中子星

我国第一颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远镜——在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区(MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献,相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中。


这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体,是引力波天文学的极为重要的里程碑,在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义,正式开启了引力波天文学时代。

什么是引力波

“德国之声”的文章说,在广义相对论中,引力可以用时空弯曲来解释。假设时空就是一张蹦床:一个网球放在蹦床上,它只会静静地停在那里;而如果此时在蹦床上坐着一个人,蹦床就会向下凹陷,网球则会滚向凹陷处,而且越是离得近,滚得越快。网球被这处凹陷“吸引”了。坐在蹦床上的人体重越大,凹陷就越明显,网球就越容易滚向凹陷。

同理,在时空中,引起改变的那个物体质量越大,时空弯曲程度就越明显,产生的“引力”也更大。而在那个人坐上蹦床的那一瞬,蹦床的弯曲会从凹陷中心处向外扩散;此时,如果用高速摄影机观测、并回放慢镜头,会发现这一扩散过程是以波动的形式进行。就好像平静的水面上投一枚石子,会产生一圈圈的涟漪。这就是引力波。引力波产生在物体加速过程中,比如恒星爆炸、黑洞碰撞,都会产生引力波。引力波会引起时空的伸缩、影响时空的结构。

研究引力波有什么用

中国科学院国家天文台研究员陈学雷认为,引力波从目前来说,作用主要体现在提供了一种供我们深入研究天体物理过程的重要信息来源,无论是两个黑洞并存还是两个中子星并存,到最后阶段,其现象是非常复杂的。一方面有引力场的复杂相互作用,这种相互作用最后也是高度非线性的,时空都可能会发生很剧烈的变化。另一方面,从物理角度讲,除了时空,还有物质,对中子星来说,它里面的物质也是密度非常高的物质,按照一般的模型来说,中子星是由很多高密度的原子核混成一体的,这些原子核大部分都是中子,这样的一些物态在两个中子星碰撞的时候会产生怎样的复杂现象,我们也非常希望了解,通过这些了解甚至也可以深刻地追究宇宙的基本物理规律。现在我们既有了引力波的观测,又有了光学的观测,这为我们提供了很多信息,在未来一段时间内会有很大的发展。星际穿越是科幻小说中的情节,真实情况不一定像小说中那么戏剧化,但可能这里头也有很密切的联系,对这些东西的探求可能会有非常有意思的物理规律。

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表示,引力波最重要的意义在于,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手段,这是一个质的差异。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,所以说它对于了解物质世界是非常有用的。

本次发现的科学意义

陈学雷表示,因为中子星的质量要比黑洞小很多,要探测中子星产生的事件,在同样距离上需要更高的灵敏度。总而言之,这是一次和上几次引力波事件不完全相同的发现,因此它提供了一种新的天文现象的观测手段。另外,两个黑洞并合的时候,肯定会发出引力波,但并不清楚会不会发出光波,但中子星并合时是比较容易产生光波的,所以这个发现给我们提供了更多信息。关于引力波的观测,目前可用的只有LIGO和Virgo两个探测器,而且也只有很少的一点观测数据,能获得的信息有限。而光波或电磁波的观测一直以来都是天文学家传统的观测手段,放到一起观测给出了很多信息和细节,有助于我们更好地观测引力波。

中科院高能所“百人计划”项目研究员熊少林说,“这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体,是引力波天文学极为重要的里程碑,在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义,正式开启了多信使引力波天文学时代。”

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