一个不到0.1秒的信号 也许能帮人类厘清黑洞成长历史
|
“科学家发明白不行能存在的黑洞！”这几天，相干话题在网上引起了普及热议。 9月3日，据海外媒体报道，美国激光过问干与引力波天文台（LIGO）与位于意大利的室女座引力波天文台（Virgo）联袂探测到了一个约为142倍太阳质量的中等质量黑洞，这也是科学家初次探测到中等质量黑洞。据悉，该黑洞由两个质量约为85倍太阳质量和65倍太阳质量的黑洞并合而来，其丧失的等同8倍太阳质量的能量以引力波的情势在宇宙中扩散开来，引领着我们发明白这一“不行能存在的黑洞”。 “近几年，科学家已不止一次通过引力波探测发明双黑洞体系。此次中等质量黑洞被发明，有助于天文学家破译超大质量黑洞成因，使黑洞研究更具体系性。”中国科学院国度天文台研究员、中国科学院大学传授苟利军在接管科技日报记者采访时暗示。 曾有多次发明均未获得进一步证实 1916年，德国科学家卡尔·史瓦西求得广义相对论爱因斯坦场方程的一个准确解，为黑洞的存在奠基了坚硬的理论基本——任何物体只要被压缩到某个临界半径，就会坍缩成奇点，极度扭曲周围时空，形成强盛引力场，在必然范畴内，连光也无法逃走。 时至今天，科学家已经发明白不少黑洞，按照质量的差异可将其分为三大类：质量为数倍到100倍太阳质量之间的恒星级黑洞，质量为一百万至数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞，以及介于二者之间的中等质量黑洞。 学界的一种观点是，超大质量黑洞由质量更小的黑洞逐渐并合演化而成。若这个演化进程是个持续的进程，那么理论上中等质量黑洞就应该是个中的中间状态。 “2012年，曾有天文学家操作位于澳大利亚的射电望远镜视察到了超等炽热气体的发作，以为该发作由一颗中等质量黑洞发出；2015年，有天文学家宣称对NGC 2276星系举办视察时发明白一此中等质量黑洞……很遗憾，不少这类发明均未获得进一步证实。”苟利军先容道，黑洞的探测必要守候吻合的机缘，好比要在它发生较量豁亮的电磁辐射或有较大喷流的时辰才气探测到。 “今朝人类探测到的黑洞只是宇宙中浩瀚黑洞的冰山一角。理论上，仅在银河系中就有上亿个恒星级黑洞，但直到此刻真正获得确认的只稀有十个。”苟利军说。 苟利军表明说，黑洞自身不发生电磁波，因而无法直接被探测到。今朝探测黑洞只能通过黑洞周围的一些辐射征象，好比间隔黑洞较远的气体在接近黑洞的进程中与黑洞彼此摩擦，会发生较强的辐射，我们就可以操作电磁探测方法来间接地探测到黑洞。 破译70多亿年前的引力波信号 引力波又被称为时空的荡漾，是由于时空受引力扰动后，这种扰动会像水波一样向外以光速撒播。引力波带来的结果之一就是使两点间的间隔有纪律地振荡。 “通过准确丈量地球上两点间间隔的变革，LIGO就能探测到引力波。”苟利军表明道，由于双黑洞体系凡是不会发生引力波之外的其他任何信号，以是引力波是今朝探测双黑洞体系的独一利器。 宇宙中的引力波别离可以通过地基的引力波天文台、空间的引力波激光过问干与天线、脉冲星计时阵和宇宙微波配景辐射的极化等探测到。精准探测引力波可辅佐显现黑洞、中子星等引力波源的形成演化。 “本次发明中等质量黑洞的LIGO与VIRGO均是地基激光过问干与仪引力波探测器。”苟利军说，激光从探测器中间发出后会一分为二，沿着两条几公里长的等长过问干与臂，被反射多次后又会从头聚到一路彼此过问干与，过问干与后信号的强弱可以被光子探测器视察到。当来自宇宙深处某一波源的引力波信号跨过期空抵达地球，颠末过问干与仪时两条过问干与臂的臂长会产生薄弱但并不沟通的变革，导致过问干与后的信号强弱会随时刻的变革而变革。通过丈量这个变革就可以或许捕获到引力波信号的波形和大抵的偏向。 “中等质量黑洞的发明，很洪流平上取决于对引力波的追踪破译。引力波辐射分为高频、中频、低频、甚低频和极低频5个差异的波段，波长范畴可从数千公里直至宇宙标准。研究职员必要按照探测功效中破译的少量信息来成立假设。”苟利军说。 在此次研究中，研究职员在2019年5月21日探测到引力波信号GW190521，信号一连时刻不到0.1秒。他们通过拟合引力波形，推算出它是70多亿年前两个黑洞并合发生。 苟利军暗示，信托在将来，地基引力波天文台会探测到成百上千的双黑洞、双中子星等并合引力波变乱，辅佐我们对这些天体和体系形成演化有更深刻的领略。 也许是由更小黑洞并合而来 恒久以来，中等质量黑洞被科学界视作超大质量黑洞的“种子”，其存在一向缺乏天文视察简直切证据，但又具备重要的理论意义。 2019年11月，我国科研团队发明白一个70倍太阳质量的恒星级黑洞，并提供了一种操作郭守敬望远镜（LAMOST）巡天上风探求黑洞的新要领。这个恒星级黑洞远超理论预言的质量上限，倾覆了人们以往对恒星级黑洞形成的认知。 值得留意的是，此次发明的中等质量黑洞也因“质量过重”受到部门科学家猜疑，他们以为个中一个或两个黑洞并非像大大都恒星质量黑洞那样由恒星坍缩形成。 “按照现有理论，坍缩恒星应该不能形成质量约为65倍—120倍太阳质量的黑洞，这个范畴被称为‘对不不变质量空白’。”苟利军暗示。对此，海外研究职员提出了分级并合的也许性，即产生并合的两个黑洞之前均由更小的黑洞并合而成。 按照LIGO团队的研究，中等质量黑洞也许是由质量较小的黑洞并合形成，假如能发明更多正在并合的中等质量黑洞，或者可以办理关于超大质量黑洞的一个谜团，即它们的发源。 大多存在于星系中心的超大质量黑洞，其发源对科学家来说依然迷雾重重。学界已有的理论以为仅含氢、氦两种元素的气体云敏捷紧缩形成了超大质量黑洞。然而该理论仅能表明部门在早期宇宙中的超大质量黑洞发源，却很难表明今朝视察发明的超大质量黑洞数目为何多于预期这一题目。 据相识，尽量天文学家对引力波信号引力波信号GW190521的发明和中等质量黑洞存在的也许性感想欢快，但天体物理学家也并不解除此次发明有其他也许性来历。 “毋庸置疑的是，就研究意义而言，本次发明至少提供了中等质量黑洞通过并合形成的一个证据。越相识中等质量黑洞，对付探析超大质量黑洞的形成以致衍生出更多相干学说就越有裨益。虽然，这统统都必要更多视察数据来慢慢实现。”苟利军暗示。 （记者 江 耘） （编辑：湖南网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
