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“瘦小版”黑洞現(xiàn)身 引力波立了哪些功?

2017-11-23 08:41:00
來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
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  美國(guó)時(shí)間11月15日,激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)官方網(wǎng)站發(fā)布消息,再次宣布接收到來(lái)自太空的引力波信號(hào)。而在目前通過引力波探測(cè)到的雙黑洞中,形成此次引力波信號(hào)的雙黑洞“體重”最輕。這次發(fā)現(xiàn)的意義何在?能與從電磁波觀測(cè)得到的黑洞性質(zhì)形成怎樣的互補(bǔ)關(guān)系?科技日?qǐng)?bào)記者就此采訪了相關(guān)專家。

  黑洞是宇宙中的“貪吃王”,它憑借巨大的引力將恒星等物質(zhì)撕裂,并在身體外圍形成一個(gè)“甜甜圈”模樣的氣體吸積盤,氣體一邊旋轉(zhuǎn)一邊向它靠近,最終被它吞進(jìn)“肚”里。

  吸積盤中氣體高速旋轉(zhuǎn),越靠近黑洞轉(zhuǎn)速越快,高速氣體之間的摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱,使吸積盤中心部分氣體溫度達(dá)到驚人的高度并發(fā)出強(qiáng)烈的電磁輻射。通過天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙中的電磁波,科學(xué)家可以推斷黑洞的存在。

  然而,可以探尋單個(gè)黑洞的電磁波觀測(cè)在雙黑洞面前陷入“盲區(qū)”。在雙黑洞系統(tǒng)中,兩個(gè)黑洞在最終的并合過程中,周圍并沒有氣體存在,因此不會(huì)產(chǎn)生能夠被探測(cè)到的電磁波輻射。

  沒有產(chǎn)生電磁波,并不意味著雙黑洞系統(tǒng)無(wú)跡可尋。雙黑洞并合前,會(huì)一邊互相繞轉(zhuǎn)一邊釋放出引力波。由于引力波帶走了能量,兩者會(huì)越轉(zhuǎn)越近,直到撞上,釋放出巨大的能量。因此,通過探測(cè)引力波,人們不僅能“捕捉”到雙黑洞系統(tǒng),還能“看見”它們并和的過程。

  形成此次引力波信號(hào)的雙黑洞“體重”是引力波探測(cè)歷史上最小的。今年5月LIGO發(fā)布的第三次引力波事件,探測(cè)到兩個(gè)分別為31.2和19.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞,而此次探測(cè)到的兩個(gè)黑洞質(zhì)量分別為7倍和12倍太陽(yáng)質(zhì)量。

  “對(duì)于質(zhì)量較小的恒星級(jí)雙黑洞,在地面引力波探測(cè)器直接探測(cè)到它之前,科學(xué)家們并不確定它們是否存在,此次探測(cè)結(jié)果證實(shí),小質(zhì)量的雙黑洞系統(tǒng)是存在的!眹(guó)家天文臺(tái)研究員茍利軍說道。如果說今年5月發(fā)布的引力波探測(cè)結(jié)果表明宇宙中存在“微胖界”黑洞,這次的結(jié)果意味著找到了“瘦小版”黑洞。

  在描述引力波和電磁波探測(cè)的不同特質(zhì)時(shí),LIGO科學(xué)合作組織爆發(fā)源分析組聯(lián)席主席Ik Siong Heng曾指出,傳統(tǒng)的光譜觀測(cè)能提供天體物理現(xiàn)象外層的動(dòng)力學(xué)信息,但引力波觀測(cè)則能讓我們聽到那些宇宙中最高能現(xiàn)象的“心跳”。

  同樣是獲取黑洞的質(zhì)量、自旋速度等物理性質(zhì),和電磁波探測(cè)相比,引力波探測(cè)方式更為直接。通過直接分析引力波波形,科學(xué)家們就能推算出黑洞的質(zhì)量、自旋速度、兩個(gè)黑洞互相繞轉(zhuǎn)速度。

  電磁波探測(cè)則是間接得到這部分信息。茍利軍指出,通過觀測(cè)黑洞周圍的伴星和黑洞周圍的吸積盤輻射,可以獲得黑洞質(zhì)量、黑洞自旋以及黑洞與伴星互相繞轉(zhuǎn)速度。

  值得一提的是,通過探測(cè)引力波,能獲取雙黑洞并合前每個(gè)黑洞的自旋信息,以及并合后形成的黑洞的自旋信息,這對(duì)理解雙黑洞形成機(jī)制有重要意義。茍利軍解釋道,目前科學(xué)家認(rèn)為雙黑洞系統(tǒng)有兩種形成可能:孤立雙星演化,或者一顆黑洞捕捉另一顆。目前從引力波觀測(cè)得到的黑洞并合前自旋信息,更多地支持后者。

  但美中不足的是,引力波信號(hào)自身也存在一定缺陷,比如信號(hào)十分微弱,信號(hào)源定位誤差非常大,僅僅利用引力波探測(cè)無(wú)法確認(rèn)信號(hào)來(lái)自哪里。事實(shí)上,引力波與電磁波攜帶著天體不同類型的信息,對(duì)兩者的探測(cè)互為印證。引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體的發(fā)現(xiàn),有助于科學(xué)家結(jié)合不同信息研究天體的性質(zhì),并檢驗(yàn)宇宙的基本規(guī)律。

  就此次發(fā)現(xiàn)的黑洞而言,它有助于天文學(xué)家將從引力波觀測(cè)得到的這類黑洞的性質(zhì)與從X射線觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的黑洞性質(zhì)進(jìn)行比較,填補(bǔ)這兩類觀測(cè)之間缺失的一環(huán),促進(jìn)多信使天文學(xué)的發(fā)展。

 
[責(zé)任編輯:郭碧娟]
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