[圖文]黑洞相互圍繞旋轉產生的引力波 | 陽光歷史

 

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[圖文]黑洞相互圍繞旋轉產生的引力波

2016年01月11日 宇宙奧秘-短篇 暫無評論 閱讀 129 次

科學家發現對宇宙「把脈」可以將無形的褶皺變得「可見」,關於愛因斯坦引力波的第一個證據可能存在於高速旋轉的死亡恆星所發出的光脈衝。當然,我們可能在2013年發現引力波的第一個證據,在一項新的研究中瞭解到黑洞合併事件的形成速率,以及來自脈衝星的光線是如何發生改變的。引力波是時空曲率受到擾動時產生的現象,比如當兩個黑洞相互圍繞著旋轉,並高速運動,可產生強大的引力波,黑洞的質量越大,其移動的速度也就越大,產生的引力波「時空漣漪」也就越強烈。



星系合併事件或導致劇烈的「時空漣漪」

當宇宙中的巨大天體移動時,便會擠壓以及延伸時空形成類似波浪的漣漪,如同折疊狀態的手風琴。對引力波的測量可以驗證廣義相對論,也有助於觀測宇宙。尋找引力波產生的漣漪也是一個大挑戰,部分原因是我們目前還沒有合適的工具對引力波進行探測。針對這項研究的空間探測器任務由於缺乏資金被取消執行,而我們現在只有陸基引力波探測器是最好的選擇。位於美國路易斯安娜州和華盛頓州建造了光干涉引力波天文台(LIGO),該裝置進行一項重大升級計畫直到2014年。

一旦光干涉引力波設備啟動,仍然需要四到五年的時間收集足夠的引力波證據。在此期間,引力波「獵人」只能密切關注脈衝星的細微變化來尋找引力波。這些死亡的恆星擁有緻密的內核,其形成的射電波束從天體兩極端向外發射,如果射線束的方向直接對準地球,那麼我們可以觀測到相隔固定時間出現的閃爍現象。但是當引力波產生時,扭曲的時空以至於脈衝星的光信號出現不規則的現象。普林斯頓大學的科學家肖恩•麥克威廉斯(Sean McWilliams)認為脈衝星對位於星系中央的超大黑洞合併事件十分敏感,這是因為諸如黑洞這樣巨大質量的天體產生的時空漣漪非常明顯。

但是星系(中央黑洞)合併產生的引力波並不容易被探測到,這是因為來自宇宙的背景噪聲顯得較為雜亂,無法給出明確的信號。研究人員目前通過對一組脈衝星進行觀測,如果它們的信號出現變化可暗示引力波傳遞的跡象,但現在為止這種脈衝星計時技術還沒有獲得實質性的觀測結果。肖恩•麥克威廉斯認為可能是由於我們沒有以正確的方式審查這些數據。對此,科學家們探討了探測引力波的新方法,可以通過巨型黑洞合併事件的概率來計算宇宙背景噪聲中會觀測到何種強大和複雜的信號。

目前的分析方法可以依據黑洞合併發生概率來尋找相關的數據曲線。早在2010年,科學家們注意到星系團中央質量合併的速率大於預期值,暗示了這些星系正在通過越來越頻繁的合併事件來增加質量。基於這個新的速率值,威廉姆斯和他的同事們計算出引力波信號的強度應該比此前預期值大三至五倍,數據曲線將會變得更加複雜,如果我們是通過該方法得到新的曲線,那麼引力波信號可能就隱藏在新的數據曲線中,而且還未進行具體分析。

西弗吉尼亞大學的研究人員莫拉•麥克勞克林(Maura McLaughlin)認為這樣的預測是正確的話,可能會在每年公佈新的研究成果。位於德國愛因斯坦研究所的科學家也進行了類似的研究,通過保守分析星系合併事件來推測引力波強度研究幾乎得到了相同的成果,因此,脈衝星計時研究可能在未來數年內得出結果。

研究人員提醒,這些模型還保留著迴旋餘地,現在的觀測技術還並不完善,也存在很多的不確定性,但這些可推動尋找引力波的研究。一旦我們探測到引力波並對其進行瞭解,我們就會擁有一種完全不同的工具,可以觀測到我們從未見過的、且不會發光的東西,這才是真正的革命性發現。


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