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35次引力波:向解開宇宙進化秘密再邁一步

35次引力波:向解開宇宙進化秘密再邁一步

當黑洞合併(示意圖)時,它們產生的引力波在整個宇宙中盪漾。

近日,引力波觀測站釋出了最新的天體碰撞事件目錄。新發現的35次事件包括與史上最輕中子星相關的事件,以及兩次巨大黑洞的碰撞。

從2019年11月1日起,美國鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)以及義大利的處女座引力波探測器(Virgo)開始了為期21周的觀測,此後,與日本的KAGRA引力波探測器展開相關合作,該探測器於2020年2月開始觀測。日前,科學家在arXiv預印本網站公佈了最新的合作觀測成果。

引力波是時空結構中的漣漪,在大質量物體加速時產生。最新的探測結果與LIGO-Virgo之前報道的探測結果一樣,相關事件都是由一對緻密恆星殘骸螺旋合併而成。絕大多數情況下(包括LIGO2015年的首次歷史性探測),合併事件涉及成對的黑洞,但在少數情況下,其中一個或兩個物體是中子星。

該合作專案最初只發布了高可信度的探測資料,但最新的目錄(以及2020年10月釋出的前一份目錄)包括了所有可能的資料。該團隊估計,目錄中大約10%~15%的最新候選訊號是“由儀器噪聲波動引起”的假警報。

根據合併產生的波的形狀和頻率,研究人員可以計算出相關物體的許多特徵細節,包括它們的質量及其與地球的距離。最近35次事件距地球從2。45億~22億秒差距(8億到70多億光年)不等。其中兩個事件涉及質量超過太陽60倍的黑洞。對於天體物理學家而言,這些黑洞的存在本身就是個問題。一般來說,黑洞被認為是由一顆大質量恆星在生命末期坍縮形成的。

但主流理論預測,一些即將死亡的恆星應該爆炸而不是坍縮,這導致大約65~120倍太陽質量黑洞數量的減少。

去年釋出的觀測結果披露了LIGO和Virgo於2019年5月21日捕捉到的一次合併,這次合併已經挑戰了這一假設,因為它涉及一個85倍太陽質量的黑洞。研究小組此次又確認了兩個異常事件,由此看來,先前的那次事件似乎不是偶然事件。

德國馬普學會引力物理研究所的LIGO天體物理學家Alessandra Buonanno說,一種可能的解釋是,這些巨大的黑洞可能是早期合併的結果,而不是源於單個恆星的坍縮。“我們看到的可能是第二代二元結構。”她說。

2019年年底,研究人員發現了另一個有趣的事件,一個質量是太陽30倍的黑洞吞噬了一顆微小的中子星。後者的質量只有太陽的1。17倍,是已知最輕的中子星之一,也是LIGO-Virgo探測到的質量最低的物體。但Buonanno說,這是一個可信度較低的探測,因此可能代表的是背景噪聲,而不是真正的事件。

另一位LIGO天體物理學家、芝加哥大學的Daniel Holz說,黑洞合併的次數已經足夠讓研究人員看清其大致模式。其中最明顯的是,黑洞合併往往發生在離地球更遠的星系中。

澳大利亞國立大學引力天體物理學中心教授Susan Scott說,該新發現是“我們在解開宇宙進化秘密的探索中向前邁出的一大步”。

LIGO和Virgo於2020年3月27日關閉並進行升級。預計2022年底,它們將重新開放。(文樂樂)

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