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引力波身影重现 激光干涉仪功不可没

时隔四个月,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)再次放出重磅消息,宣布“又探测到了一个引力波事件”。人类第二次探测到被称为“时空涟漪”的引力波,此消息一出,立刻在学界激起“千层浪”。科学家称,这次探测进一步印证了爱因斯坦广义相对论的正确性,同时也是天文学的一个里程碑。专业人士讨论的火热,那么,关于这次引力波发现,从科普的角度,我们应该知道些啥?

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“时空的涟漪”

要说发现引力波,首先要知道引力波是什么。早在百年之前,爱因斯坦就在其广义相对论论文中对引力和引力波进行了论证。他提出,引力的本质是时空几何在物质影响下的弯曲;引力的作用以波动的形式传播,即引力波。

今年2月11日,美国科研人员宣布,他们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波。这一发现印证了物理学大师爱因斯坦100年前的预言。

引力波的概念听上去艰涩难懂,但用通俗的方法解释,引力波就像一个池塘中投下一枚石子所引起的涟漪,只不过,引力波是时空的涟漪。

不过,100年来,谁也无法证实引力波存在,直到今年2月,美国科学家宣布他们首次探测到了引力波。这次引力波事件被认为印证了爱因斯坦的假说,因此也被称为“来自爱因斯坦的圣诞礼物”。

两次引力波都源自黑洞合并

根据爱因斯坦预言,强引力场事件可产生引力波,比如黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等。而目前,科学家探测到的两次引力波事件都是由黑洞合并引发的。

首次探测到引力波发生在去年9月14日。根据LIGO公布的信息,两个质量分别为约29倍太阳质量和约36倍太阳质量的黑洞不断靠近,旋转,并最终合并成一个黑洞。据推测,这次合并发生在13亿年前,合并过程中产生的引力波经漫长的传播最终抵达地球。

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引力波的引发过程。图为示意图,图片来源:NASA

LIGO第二次探测到引力波,也就是此次宣布的“引力波事件”,是在去年的12月26日。科学家称,两个初始质量分别为约14倍太阳质量和约8倍太阳质量的黑洞,合并成一个约21倍太阳质量的旋转黑洞,产生的引力波经过14亿年的漫长旅行,抵达地球。

此外,研究人员还曾捕捉到第三个“疑似信号”,但由于该信号太过微弱而无法确认。

美国天文学机构功不可没

两次探测到引力波信号,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)功不可没。而该项目能够成功,靠的则是“几十年磨一剑”,再加上那么一点运气。

LIGO项目的构想最早源于1967年。经过持续不断的研究论证,该项目1991年开建,1999年建成。2002年,LIGO项目正式开始探测,但直到2010年什么也没找到。经过5年的改造升级,2015年9月14日刚试运行没几天,没想到就幸运的“撞到”了引力波。

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2016年2月11日,耶路撒冷,希伯来大学的爱因斯坦档案馆馆长RoniGross展示爱因斯坦有关引力波的原始文件。

值得一提的是,在作为中国大陆唯一LIGO科学合作组织成员,清华大学研究团队也在探测引力波的项目中作出了贡献。

探测到引力波的意义

LIGO科学合作组表示,第二次探测到引力波的一个重要意义在于,它能够帮助估算黑洞合并事件的发生概率。

LIGO项目组称,一次探测可能只是个例,而此番再次探测到引力波则证明引力波信号的探测并非罕见事件,有理由预期未来还将有更多探测案例的出现,从而真正开启一个全新的“引力波天文学时代”。

科学家称,以前天文学只能借由电磁波进行观测,但很多物质靠电磁波观测是看不到的。现在测到引力波之后,可以借由引力波观测天体,比如黑洞、暗物质等,研究宇宙早期的结构和演化。


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