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重磅!*來(lái)自雙中子星并合的引力波被探測到

更新時(shí)間:2017-10-19  |  點(diǎn)擊率:1771

重磅!*來(lái)自雙中子星并合的引力波被探測到!-材料電學(xué)性能儀ZJ-6型壓電綜合測試儀

2017年10月16日,科學(xué)家宣布直接探測到了由雙中子星并合產(chǎn)生的時(shí)空漣漪——引力波及其伴隨的電磁信號。這次發(fā)現是由位于美國的激光干涉引力波天文臺(LIGO)和位于歐洲的室女座干涉儀(Virgo)引力波探測器,以及其他70個(gè)地面及空間望遠鏡共同完成的。這標志著(zhù)人類(lèi)歷**次使用引力波天文臺和其他望遠鏡同時(shí)觀(guān)測到了同一個(gè)天體物理事件。

 

本次發(fā)現的重點(diǎn)摘要:

 

有史以來(lái),人類(lèi)*次同時(shí)觀(guān)測到來(lái)自同一個(gè)天文事件的引力波與電磁波。

 

發(fā)現雙中子星引力波

 

人類(lèi)*次看到引力波體的電磁信號

 

這個(gè)被命名為GW170817的引力波信號于2017年8月17日晚上8時(shí)41分(北京時(shí)間)被觀(guān)測到。這一事件發(fā)生在LIGO-Virgo聯(lián)合探測到雙黑洞并合之后僅僅三天。這次觀(guān)測由兩個(gè)相同的LIGO探測器完成,它們一個(gè)位于美國華盛頓州的漢福德,另一個(gè)位于路易斯安那州的利文斯頓。由位于意大利比薩附近的Virgo探測器提供的信息可以提升引力波事件的空間定位能力。

 

 

圖1: 這些圖顯示了GW170817信號在每個(gè)LIGO和Virgo探測器中的頻譜。水平軸是時(shí)間,豎直軸是頻率。信號從左側靠低處開(kāi)始,提升至右側的陡峭曲線(xiàn)。

 

“雙中子星并合”

被認為是引力波觀(guān)測的首要目標

 

這一次的引力波由長(cháng)蛇座中星系NGC 4993的兩顆中子星并合所致,中子星是目前已知的zui小、zui致密的恒星,是大質(zhì)量恒星在演化的zui后階段經(jīng)過(guò)超新星爆發(fā)形成的。雙中子星系統可以通過(guò)萬(wàn)有引力作用相互吸引和旋進(jìn),并發(fā)出引力波。在zui終并合前的100秒以?xún)劝l(fā)出的引力波信號正好位于激光干涉儀的靈敏頻段內,因此有機會(huì )被觀(guān)測到。同時(shí),中子星并合以后還會(huì )發(fā)出短伽瑪射線(xiàn)暴,該信號在引力波到達地球2秒鐘之后也被觀(guān)測到。

 

圖2:長(cháng)蛇座的NGC 4993星系(模糊的亮點(diǎn))

 

圖3:藝術(shù)家關(guān)于兩個(gè)并合中的中子星的想象。窄束代表著(zhù)伽瑪暴,而扭曲的時(shí)空網(wǎng)格標志著(zhù)由并合產(chǎn)生的各向同性的引力波。旋轉的物質(zhì)團塊是從并合的雙星中拋射出的物質(zhì),可能導致了較低能量的電磁信號源。(來(lái)源:國家科學(xué)基金會(huì )/LIGO/索諾馬州立大學(xué)/A. Simonnet。)

 

雙中子星并合的引力波信號一直是引力波天文學(xué)家們所期望的。中子星的想法zui初是在80多年前的1934年提出的,經(jīng)過(guò)33年之后,才*次被觀(guān)測到。1967年,天蝎座X-1的X射線(xiàn)輻射被證實(shí)來(lái)自一個(gè)中子星,而在同一年,*個(gè)射電脈沖星被發(fā)現,從那時(shí)起,一些雙中子星系統也陸續被發(fā)現。雙中子星為廣義相對論提供了*的觀(guān)測檢驗,也成為支持引力波存在的*個(gè)堅定證據,隨著(zhù)中子星在宇宙中越來(lái)越常見(jiàn),在LIGO發(fā)展的早期,雙中子星并合被認為是引力波觀(guān)測的首要目標。

 

 

 

圖4:顯示由LIGO和Virgo推定的GW170817位置。兩個(gè)橢圓(藍色和綠色)分別顯示了兩種不同LIGO分析代碼得出的定位。十字符號顯示了天蛇座中NGC 4993星系的位置。右側底部的圖顯示了科學(xué)家通過(guò)分析引力波估算出的到源的距離。

 

之前LIGO和Virgo探測到4次來(lái)自雙黑洞的引力波信號,在LIGO探測器的敏感頻段內只能持續不到一秒的時(shí)間,然而,在8月17日探測到的這個(gè)信號持續了100秒,并且掃過(guò)了LIGO的整個(gè)靈敏頻段——這個(gè)頻段與一個(gè)普通樂(lè )器能產(chǎn)生的聲波頻段幾乎相同。數據表明這是兩個(gè)距離地球1.3億光年的天體相互旋進(jìn)而產(chǎn)生的信號,質(zhì)量也沒(méi)有雙黑洞大,相反,這兩個(gè)相互旋進(jìn)的天體的質(zhì)量估計為1.1~1.6倍太陽(yáng)質(zhì)量,恰好是中子星的質(zhì)量范圍。

人類(lèi)*次看到引力波體的電磁信號

 

這次的發(fā)現打開(kāi)了等待已久的多信使天文學(xué)的新窗口,就在 GW170817引力波信號到達之后不到兩秒的時(shí)間內,NASA的費米衛星就探測到了一個(gè)伽瑪射線(xiàn)暴,命名為GRB170817A。隨即,*各地的望遠鏡都開(kāi)始了忙碌的觀(guān)測。在接下來(lái)的幾個(gè)星期內,天文學(xué)家在光譜不同波段上都投入了觀(guān)測設備,這些觀(guān)測都驗證了這一假設:NGC4993中的兩個(gè)中子星并合,同時(shí)產(chǎn)生了引力波、短伽瑪暴和千新星。在2015年以前,引力波的觀(guān)測是缺席的;2015年到不久前,探測到的引力波事件都是雙黑洞并合,沒(méi)有令人信服的電磁波對應物被探測到,這次的引力波探測實(shí)現了引力波與電磁波各波段的聯(lián)合觀(guān)測。

 

 

圖5: 引力波、伽馬射線(xiàn)和可見(jiàn)光的位置。左邊的小格子展示了90%置信區間投影區域,分別來(lái)自L(fǎng)IGO(淺綠色),LIGO-Virgo(深綠色),來(lái)自費米與INTEGRAL時(shí)間延遲得到的三角定位(淺藍色),費米GBM(深藍色)。放大圖展示了宿主星系NGC4993的位置,包括了來(lái)自并合后10.9小時(shí)的Swope光學(xué)發(fā)現圖片(右上方)與在并合20.5天前的圖片(右下方)。

 

有史以來(lái),人類(lèi)*次同時(shí)觀(guān)測到來(lái)自同一個(gè)天文事件的引力波與電磁波,兩者的協(xié)同觀(guān)測,展示了聯(lián)合引力波、電磁波和中微子的不同研究團隊之間合作的重要性,標志著(zhù)多信使天文學(xué)與時(shí)域天文學(xué)的新時(shí)代就此開(kāi)啟。