这激光干涉仪引力波天文台 (LIGO)又做了一次,检测到一对之间的宇宙碰撞产生的涟漪。 只是这一次,两人在大约 30 亿光年之外相遇。
这是天文台第三次成功测量此类事件,但正当你以为自己以前见过这一切时,这次碰撞却带来了字面意义上的扭曲——至少有一个黑洞似乎在朝不寻常的方向旋转。
你可能还记得LIGO 的第一次大成功早在 2016 年 2 月就宣布了这一消息,距被首先观察到。
A第二组波浪2015 年圣诞节也被发现,为科学家们提供了一种巨大的圣诞袜填充物。
研究人员现已证实,第三个合并于 2017 年 1 月 4 日被发现,并为其赢得了令人难忘的名字 GW170104。
第一次碰撞产生的单个黑洞质量约为太阳的 62 倍,而第二次碰撞产生的黑洞质量相对较轻,仅为 21 个太阳质量。
这次最新检测到的合并所产生的黑洞正好填补了前两者之间的空白,其质量是太阳质量的 49 倍。
“我们进一步证实了大于 20 个太阳质量的恒星质量黑洞的存在——在 LIGO 检测到这些物体之前我们并不知道它们的存在,”麻省理工学院的戴维·舒梅克 (David Shoemaker) 说道LIGO 科学合作组织的发言人。
但 GW170104 至少在其他有趣的方面似乎是个怪人。
虽然可能很难想象,但黑洞实际上可以旋转。 我们谈论的不仅仅是围绕它旋转的加热物质圆盘——实际质量具有角动量,这意味着黑洞本身绕其轴旋转。
当两个黑洞的旋转方向与其围绕彼此的轨道相同时,天文学家称它们是“对齐的”。
“自旋的排列会对来自双黑洞系统的引力波的波形产生影响,所以有时我们能够判断自旋是否排列整齐,”罗伯特·沃德来自澳大利亚国立大学 (ANU) 的研究人员向 ScienceAlert 解释道,他没有参与这一发现。
事实证明,GW170104 至少有一个黑洞没有对齐。
这为天文学家提供了关于黑洞如何聚集在一起形成双星系统的重要线索。
两个受青睐的模型表明,它们要么一开始是恒星,然后变成黑洞,然后继续跳舞,要么它们是两个遥远的黑洞,在落入轨道之前相互沉入。
通过观察到黑洞沿与其轨道相反的方向旋转,天文学家现在有证据表明黑洞在自转确定后会配对。
正如你可能想象的那样,黑洞的崩溃被列为宇宙中最强大的事件之一,LIGO 观测到的第一次合并在最后一秒释放了估计能量增加 10 倍引力波的数量比宇宙中每颗恒星涌出的光能还要多。
尽管如此,在13亿光年的距离上,当这些涟漪冲刷地球时,它们已经扭曲了大约一个质子距离的空间。
最新检测到的黑洞合并较小,距离是两倍多,但仍然可以检测到。 想想看,LIGO 才刚刚开始预热。
“LIGO 探测器尚未达到我们所说的‘设计灵敏度’,这基本上意味着充分发挥其潜力,”沃德解释道。
提高设计灵敏度最终可以让我们继续研究能量较低(但仍然巨大)的天文现象,例如中子星的碰撞。
“一旦高级 LIGO 达到其全部设计灵敏度,它应该能够看到二进制合并到大约6.5亿光年,”苏珊·斯科特同样来自澳大利亚国立大学,他向 ScienceAlert 解释道。
一旦 LIGO 足够灵敏,理论上甚至可以检测到中子星的引力嗡嗡声。
斯科特说:“如果中子星的地壳有微小的变形,或者上面有微小的‘山’,那么当它们旋转时,由于这些不对称性而导致的每次旋转质量结构的变化都会产生连续的引力波流。”
由于恒星的质量集中在大约 10 公里的半径内,并且每秒旋转数百次,即使是仅 10 厘米高的凸起也足以将可检测到的引力波发射到宇宙中。
检测到的每一个新事件也为物理学家提供了更多测试广义相对论的机会。
请放心,在第三次观察之后,爱因斯坦的理论仍然站得住脚,但即使该理论的准确性出现一点问题,也可能为新物理学开辟道路,新物理学可能会展示它如何。
毫无疑问天文台已经证明了它们的价值,我们将利用它们来了解更多来自遥远未来的宇宙。
研究结果发表于物理评论快报。