重磅!人类首次探测到由中子星相撞产生的引力波,破解“黄金白银”的起源问题

人类首次探测到了由中子星相撞产生的引力波。同时,验证了双中子星并合的时候会产生大部分超重元素金、银等。

北京时间2017年10月16日22:00(美国东部时间10月16日10时),LIGO/Virgo联合全球各大天文台在华盛顿召开新闻发布会,公布其在引力波探测到的新发现和相关细节。

图| 南京紫金山天文台

对于这一天文盛事,镁客君在南京紫金山天文台召开的新闻发布会现场见证了这一重大发现。紫金山天文台发言人表示,人类首次探测到了由中子星相撞产生的引力波。同时,验证了双中子星并的时候会产生大部分超重元素金、银等。

据了解,从北京时间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,如下图:

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。

爱因斯坦相对论“拼盘”终被补齐

LIGO曾三次探测到引力波

LIGO(laser interferometer gravitational wave observatory的缩写,激光干涉仪引力波天文台),是借助于激光干涉仪来聆听来自宇宙深处引力波的大型研究仪器。据悉,LIGO由两个干涉仪组成,每一个都带有两个4千米长的臂并组成L型,分别位于相距3000千米的美国南海岸Livingston和美国西北海岸Hanford。每个臂由直径为1.2米的真空钢管组成。

2015年9月14日,LIGO科学家首次探测到了引力波,并于2016年2月11日发布了这一重大发现。此后,LIGO又先后探测到了两次引力波事件,分别于2016年6月15日和2017年6月1日探测到。

值得一提的是,LIGO所探测大的这三次引力波的信号来源是一样的,都是来自于两个黑洞的碰撞与并合。据了解,三次并合事件所形成的黑洞质量相当于太阳的62倍、49倍和21倍。美国麻省理工学院的戴维·休梅克表示,三次成功探测,让人类有了进一步的证据表明,大于20倍太阳质量的黑洞是存在的,而这些,是在LIGO探测到引力波信号之前我们所不知道的。

美国科学家曾表示,引力波是爱因斯坦相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”,它的发现是物理学界里程碑式的重大成果,更标志着人类在引力波领域的探索之旅正式开始了。

引力波是时空弯曲中的涟漪

是能超越不同维度的力,但还不能带我们穿越时空

可能对于大多数人来说,“引力波”是一个非常新鲜又很高大上的名词,但并不知道它到底是什么,四个字总结就是:不明觉厉。

在物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。简单而言,引力波就是凭借光速传播产生的时空波动。

百年之前,爱因斯坦曾基于广义相对论预言了引力波的存在,他表示,引力是时空弯曲的一种效应,而这种弯曲是因为质量的存在而导致。通常而言,在一个给定的体积内,包含的质量越大,那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。当一个有质量的物体在时空当中运动的时候,曲率变化反应了这些物体的位置变化。在某些特定环境之下,加速物体能够对这个曲率产生变化,并且能够以波的形式向外以光速传播。这种传播现象被称之为引力波。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果,因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。

相关理论和资料显示,引力波有两个非常重要而且比较独特的性质:

第一、不需要任何的物质存在于引力波源周围,这时就不会有电磁辐射产生;

第二、引力波能够几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。然而,比如,来自于遥远恒星的光会被星际介质所遮挡,引力波能够不受阻碍的穿过。

而正是因为这两个特征,引力波才可以携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息。

科学家表示,通过研究引力波,我们有望借助引力波直接观测到黑洞内在世界,能看清楚那占比宇宙质量95.1%的暗物质和暗能量里藏着什么。此外,引力是目前人类所知道的唯一能超越不同维度的力,通过研究引力波,人类或许可以在未来掌握进入到另外一个时空的技术。

那么,问题就来了,凭借当前探测到的引力波,真的能带领我们穿越时空吗?

LIGO科学合作组织的研究成员、加州理工学院物理学教授陈雁北教授表示,理论上,向一个正在合并的双黑洞发射一个叠加的引力波,是有可能放大引力波效果的。但引力波是非常微弱的,目前人类很难发射可以被接收和探测的引力波。此外,由于引力波本身造成的时空弯曲是很小的,所以从当下来看,借助引力波穿越时空并不现实。

题外话

从目前来看,LIGO是唯一能够多次成功探测到引力波的天文机构,其探测难度可想而知。但大家不知道的是,随着引力波理论的进一步被证实,传统天文学的概念正在被颠覆,世界各国对这一领域的探索和布局也越来越重视。

目前,空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划中。而我国主要的三个大型引力波探测项目:太极计划、天琴计划和阿里实验计划,则均与LIGO一样,都是利用激光干涉的方式,对引力波进行探测和研究。

可能有人说,相较于LIGO,中国在这一领域几无成果。但我们不可否认,引力波探测才刚刚开始,应用更是遥不可及。虽LIGO走在领域前列,但其实大家都是在同一起跑线上,未来的发展如何,我们可以期待,却不可一概而论。

原文发布于微信公众号 - 镁客网(im2maker)

原文发表时间:2017-10-16

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