LIGO探测到第三次引力波 怎么又来自双黑洞?

2017-06-05 10:29 来源:中国数字科技馆 责任编辑:杨亦君

  6月1日,激光干涉引力波天文台(LIGO)科学家团队在《物理评论快报》上刊发文章称,他们第三次探测到了引力波事件(GW170104),LIGO合作组织也通过官网详细介绍了此次引力波探测的相关情况。

  LIGO探测到第三次引力波 怎么又来自双黑洞?


GW170104形成的黑洞质量相当于太阳的49倍。图片来自LIGO官网

  据美国LIGO官网介绍,GW170104是来自遥远的30亿光年以外的两个恒星级黑洞并合。这个并合事件形成的黑洞质量相当于太阳的49倍,正好介于LIGO探测到的前两例并合事件的黑洞质量之间。

  还记得前两次引力波事件吗?

  如果大家还有印象,前两次引力波事件也来自于两个黑洞合并。

  2016年2月11日,LIGO召开发现引力波的新闻发布会。据相关负责人介绍称,2015年9月14日北京时间17:50:45分,激光干涉引力波观测平台的两个探测器同时观测到一个引力波瞬时事件,来自两个分别为29倍太阳质量与36倍太阳质量的黑洞,合并成一个62倍太阳质量的黑洞,并损失了3个太阳质量,称为GW150914,距离地球约为13亿光年。这是人类首次证实存在恒星级双黑洞系统,也是人类首次直接探测到引力波。

  2016年6月15日,LIGO科学家宣布第二次探测到了引力波事件。这次引力波发生在北京时间2015年12月26日11时38分35秒,也是来自双黑洞合并。信号来自大约14亿光年外,22倍太阳质量的双黑洞合并后,大约0.9个太阳质量转化为引力波能量。

  LIGO探测到第三次引力波 怎么又来自双黑洞?


上图为恒星量级黑洞家族,其中,紫色代表利用X射线天文观测推算出的黑洞质量,蓝色则代表LIGO通过引力波观测估计的黑洞质量。图片来自LIGO官网

  所有引力波都来自黑洞合并?

  并非所有人类能够探测到的引力波都来自没有任何其它辐射的黑洞合并。双中子星合并、中子星与黑洞合并,以及超新星爆发等等,都会在产生引力波的同时产生电磁辐射。

  LIGO实验室负责人、加州理工学院教授戴维·莱兹称,第三次探测到黑洞并合造成的引力波,表明LIGO已成为一个用于揭示宇宙秘密的强大工具。他表示,除探测黑洞并合事件外,科学家们还希望通过LIGO尽快观测到其他类型的天体物理事件,例如两个中子星的暴力碰撞。

  LIGO探测到第三次引力波 怎么又来自双黑洞?


产生GW170104引力波的双黑洞并合艺术画。图片来自LIGO官网

  关于黑洞旋转方向有新发现

  另外,LIGO第三次探测到引力波提供了关于黑洞旋转方向的新发现——这两个黑洞有着不同甚至相反的自旋方向。

  在双黑洞系统中,两个黑洞在彼此环绕的同时,也会自旋:可能会与轨道运动方向一致旋转,此种情况被称为对齐自旋;也可能与轨道运动方向相反旋转;甚至会倾斜远离轨道平面。通常认为,一对双星如果是同时形成的,那么它们就应该符合平行自旋的特点。而黑洞的自旋方向会从其前身恒星那儿继承下来,也就是说原来的大质量恒星是往哪个方向旋转,它死亡后形成的黑洞也是往哪个方向旋转。

  引力波的这项发现对星团的演化模型也有着非常重要的意义。美国宾夕法尼亚州立大学天体物理学教授班加罗尔·西切帕卡什称,这是第一次有证据表明双黑洞系统中的两个黑洞可能不一致,双黑洞处于不对齐自旋状态,暗示其可能形成于密集的星团中。

  LIGO探测到第三次引力波 怎么又来自双黑洞?


夜空下的西藏阿里天文台。图片来自中国西藏新闻网

  引力波研究热潮来临

  目前,美国和欧洲的引力波天文台正主导着引力波的观测工作,随着LIGO探测的推进,中国的引力波研究也随之进入了一股前所未有的热潮。在理论研究的同时,中国也在积极推动直接探测引力波的望远镜项目。

  目前,太极计划和天琴计划这两个空间项目正各自推进,将于地面探测原初引力波的阿里计划已通过立项,并开始建设。此外,中国还准备利用刚刚建好的500米射电望远镜(FAST)和正在建设的平方公里阵(SKA),以脉冲星计时阵的方式探测引力波。(赵清建 资料来源:LIGO官网、NASA、科技日报、中国科普博览等)

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