中子星引力波何以
国际天文界再次被引力波刷屏。多国科学家16日宣布,人类首次直接探测到双中子星合并产生的引力波及其伴随的电磁信号。中子星引力波怎么探测?引力波解答了哪些疑问?还有哪些未解之谜?新华社记者就此采访了有关科学家。
探测引力波 中国有何作为?
实际上,早在上世纪70年代,中国科学家就开始了引力波研究,但由于种种原因停滞了十几年,造成了人才断层。直到2008年,在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下,中国的引力波研究才再度开启。
中科院高能物理研究所所长王贻芳院士说,“目前中国的引力波研究主要有两个方向,一是由中山大学领衔的‘天琴计划’,是去太空捕捉引力波;二是由中科院高能物理研究所主导的‘阿里实验计划’,目标是在地面探测原初引力波。这是两个完全不同的研究方向和科学目标。”
王贻芳表示,由于国内引力波研究基础薄弱,所以“阿里计划”将通过国际合作来实施,目前美国哈佛大学、麻省理工学院、芝加哥大学等都表示出积极合作意愿,中美有关方面已经签署了相关合作协议。
而“天琴计划”是去太空聆听引力波的声音。该计划主要将分四阶段实施,大约需要二十年的时间,投资大约150亿元人民币。目前,“天琴计划”的部分基础设施建设已经启动。
对普通人的生活
会产生什么影响?
科学家们花费这么大的精力去寻找引力波有什么用?会不会像科幻电影里那样为我们打开“虫洞”、开启时间旅行带来可能性?
美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说,引力波的发现为我们打开了研究宇宙的全新窗口,射电、光学、伽马射线等电磁波谱研究宇宙都是来自于光子携带的信息,引力波携带着与电磁波截然不同的信息,将为我们揭示宇宙新的奥秘,比如黑洞与黑洞并合时的物理过程。
那它对普通人的生活会产生什么影响?科学家们表示,一个新的科学发现,总会给人类社会带来无法预估的发展。百年前电磁波刚被发现的时候,也没有人知道会给人类带来什么,但是现在不管是电视机还是移动电话,都与电磁现象有关。
“现在的我们大概不会比一百年前人们刚发现电磁波时候的想象力好太多,引力波到底能多大程度上改变人类的生活,让一百年后我们的后代去体会吧!”苏萌说。(综合新华社报道)
▲两个合并中的中子星效果图
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引力波怎么探测?
北京时间16日晚22时,包括我国在内的多国科学家宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”由这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。
据科学家介绍,2017年8月17日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)发现一个新的引力波信号GW170817。这个信号是一个由双中子星合并产生的引力波。全球约70个地面及空间望远镜从红外、X光、紫外和射电波等多个波段开展后续观测。这其中,也包括中国架设在昆仑站的南极巡天望远镜AST3-2。
引力波也被称为“时空的涟漪”。1916年,爱因斯坦基于广义相对论预言,剧烈的天体活动会带动周围的时空一起波动,这就是引力波的由来。此后百年间,科学界一直在寻找引力波的存在。此前,人类已经发现4例由双黑洞合并产生的引力波。
何以震惊天文学界?
为什么中子星引力波引起天文界震动?专家们说,主要原因有三个。
●首先,这是人类第一次探测到双中子星合并。LIGO项目组成员、美利坚大学天体物理学家格雷戈里·哈里告诉记者,此前观测到的引力波均来自黑洞。黑洞完全由扭曲时空构成,本质上没有物质,而中子星却是一个切实星体,因此能深入了解核物质的行为。
哈里说,中子星引力波可以用来直接测量到源的距离,而相应的电磁信号给出了速度,由此可用来校准宇宙膨胀速度,即所谓哈勃常数,从而进一步回答宇宙从哪里来、又往哪里去等重大问题。
●其次,这是人类第一次同时观测到来自同一个天文事件的引力波和电磁波,使得确认宿主星系成为可能。这一事件展示了引力波与电磁波等不同研究团队之间开展合作的重要性,也标志着“多信使天文学”跨入新时代。
“我想说的是,这是第一次我们既能‘看到’也能‘听到’一个天文事件,这些不同的‘感官’体验将能给我们很多信息。”哈里说,“引力波天文学才刚刚开始,随着21世纪向前发展,我们可以期待引力波观测将为宇宙学、天文学、天体物理学、核物理学和引力学以及其他领域带来更多见解。”
●第三,地面红外望远镜探测到了中子俘获过程,从而第一次提供确凿证据证实了中子星合并就是宇宙金、铂等超铁元素的主要起源地。
南非夸祖鲁-纳塔尔大学的引力波研究专家马寅哲在发给记者的一份电子邮件中开玩笑说:“如果有人问带着金戒指的女性朋友,她的金戒指从哪儿来?她应该说,这是从银河系中的合并中子星那里产生的。”
还有哪些未解之谜?
本次LIGO项目组宣布发现的引力波,来自距地球约1.3亿光年处的双中子星合并。与黑洞合并只产生引力波不同的是,中子星合并除了产生引力波外,还发出了大量的电磁波。
哈里说,如果没有引力波研究,中子星的许多性质都将是长期悬而未解的谜,包括在强引力作用下怎么弯曲变形、合并时将会发生什么情况、质量多大时会形成黑洞等等。
“GW170817不能回答所有这些问题,但它给我们提供了以前没有的信息,并且表明引力波观测是解答这些问题的一个切实可行的方法。”哈里说。
具体到这次事件,双中子星合并之后变成了什么,依然没有答案。科学家列出了两种可能性,一种是变成了非常大质量的中子星,另一种是变成了黑洞。但不管是什么,它的质量大约相当于2.74个太阳。