广袤宇宙,不仅有恒星爆炸的壮美,还有黑洞合并的嗡鸣

简介:科学家观测到双黑洞合并产生的引力波,由于其中一个约8倍太阳质量,另一个约30被太阳质量,大质量差导致合并产生的引力波有类似于乐器泛音的前所未闻的高频次谐波,。

图解:巴纳德3号(IRAS环G159.6-18.5),它充满了明亮的绿色和红色的尘埃云。绿色环是由微小的暖尘颗粒构成的,其成分与地球上发现的烟雾非常相似。中心的红色云很可能是由比周边地区更凉爽的灰尘构成的。图源:nasa

我们已经知道宇宙是个相当杰出的艺术家,这种艺术性的视觉杰作诞生于尘埃云的旋转运动、热气体和恒星爆炸。现在,在广袤的宇宙中,我们还可以听到一种罕见的宇宙现象。

图解:哈勃望远镜在NGC 6984中查看恒星爆炸。图源:scitechdaily

一组研究人员已经探测到引力波,或者更确切地说是听到了引力波。这种引力波比平常听到的要大得多,是由两个黑洞合并产生的,被称为GW190412。

弗兰克·欧姆是马克斯·普朗克独立研究小组的负责人,也是该项研究的共同作者,他在一份声明中说:“我们第一次在GW190412中确定无疑地听到重力波的高谐波嗡鸣声,类似于某种乐器的泛音。”

图解:LISA 探路者,前身是技术-2高级研究的小型任务,是欧空局于2015年12月3日在织女星VV06航班上发射的航天器。这次飞行任务测试了激光干涉仪空间天线所需的技术,该天线是欧空局引力波观测站,计划于2034年发射。图源:Wikipedia

2019年4月12日,距离地球约19至29亿光年,激光干涉引力波天文台(LIGO)观测仪和处女座探测器共同发现GW190412。

图解:第一个由黑洞和Be型恒星组成的二元系统。图源:scitechdaily

二值黑洞系统由两个黑洞组成,两者彼此围绕,绕得越来越近,直到它们合并成一个黑洞。当两个如此大小的宇宙物体相互绕行时,它们会改变时空结构,以光速产生涟漪,从而产生引力波。

声音之所以如此独特,是因为两个黑洞的质量大不相同。其中,一个黑洞的质量是太阳的8倍,另一个黑洞的质量则具有极其不平等的优势,它的质量为太阳的30倍。因此,来自任意黑洞轨道的引力波频率是不同的。

黑洞越大,很可能产生的频率就越小,而较小的黑洞则产生更高的频率。研究人员发现,将这两个频率结合起来可以导致音乐的嗡鸣声。

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图解:对非等质量的黑洞之间的融合模拟© N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno(马克斯·普朗克引力物理研究所),模拟极限时空项目。

图解:黑洞经常碰撞,产生的宇宙环碰撞被称为引力波。这些碰撞,以及其他产生这些时空扰动的天文活动经常发生。图源:wired

自从2015年科学家能够检测出引力波,他们已经观测到其中10个黑洞的合并。然而,它们都位于两个质量相似的黑洞之间。

罗伯托·科斯塔(Roberto Cotesta)这项研究的共同作者,也是德国波茨坦阿尔伯特·爱因斯坦研究所天文学和宇宙论相对论系的博士生,他在一份声明中说:“这是我们已经观察到的第一个二元黑洞系统,两黑洞之的间质量差十分巨大!”

据研究人员说,黑洞之间的质量差导致对二进制系统更准确的测量。例如:黑洞系统距离地球有多远、我们观察其轨道行星的角度、黑洞绕其自身轴线旋转得有多快。

它也导致了引力波信号中出现泛音,这种泛音比通常观测的结果要响亮得多,而且科学家以前是无法听到的。

爱因斯坦的相对论预测了高次谐波得引力波,它们比迄今为止观测到的常规频率高两到三倍。但是,直到观测到GW190412,它们才被观测出来。

这项新发现还为黑洞的神秘活动提供了新见解,这些异常配对也许会发生得比科学家以前认为的更频繁。

亚历山德拉·布南诺是阿尔伯特·爱因斯坦研究所天体物理学和相对论系主任,以及该研究的共同作者,他发布声明说:“我们已经观测到了由恒星质量-黑洞组成的二元种群的冰山一角。”


作者: inverse

FY: 武薇

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