網(wǎng)易科技訊 2月12日消息，據(jù)《自然》雜志報(bào)道，先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）宣布首次直接探測(cè)到引力波的存在，科學(xué)家們測(cè)量到2個(gè)黑洞碰撞產(chǎn)生的時(shí)空漣漪。此次發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了阿爾伯特·愛(ài)因斯坦100年前預(yù)言的引力波，而且還有更多的重大意義。
作為時(shí)空構(gòu)造中的震動(dòng)，引力波常常被比作聲音波，甚至可轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇羝?。?shí)際上，引力波天文望遠(yuǎn)鏡允許科學(xué)家在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡“看到”的同時(shí)“聽(tīng)到”這種現(xiàn)象。（LIGO和意大利比薩更小的同類天文臺(tái)Virgo的會(huì)員，已經(jīng)建立一個(gè)提醒其他類型天文望遠(yuǎn)鏡社區(qū)的系統(tǒng)）
在上世紀(jì)90年代初，LIGO努力爭(zhēng)取美國(guó)政府的資金支持，但天文學(xué)家卻在國(guó)會(huì)聽(tīng)證會(huì)上極力反對(duì)。他們的觀點(diǎn)是LIGO與天文沒(méi)什么關(guān)系，但佛羅里達(dá)州大學(xué)蓋恩斯維爾分校的相對(duì)論學(xué)家和早期LIGO支持者克利福德·威爾（Clifford Will）稱，現(xiàn)在情況改變了。
歡迎來(lái)到天文學(xué)引力波領(lǐng)域：我們將看看引力波能研究哪些問(wèn)題和現(xiàn)象。
1、黑洞是否真實(shí)存在？
LIGO探測(cè)到黑洞合并的重要科學(xué)意義是，證實(shí)黑洞真實(shí)存在——至少是廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的由純凈、真空、扭曲時(shí)空組成的完美圓形物體。天文學(xué)家已經(jīng)獲得了大量有關(guān)黑洞的間接證據(jù)，但至今都是來(lái)自觀測(cè)圍繞黑洞的星體和超熱氣體，而非黑洞本身獲得。
新澤西普林斯頓大學(xué)廣義相對(duì)論模擬專家弗朗斯·普雷托里烏斯（Frans Pretorius）在LIGO宣布前曾表示：“科學(xué)界包括我自己都非常厭倦了黑洞話題，我們都認(rèn)為黑洞是理所當(dāng)然存在，但如果你考慮到這是非常驚人的預(yù)測(cè)，真的需要驚人的證據(jù)。”
LIGO探測(cè)到的信號(hào)提供了證據(jù)——也證實(shí)2個(gè)黑洞合并過(guò)程與預(yù)期一致。當(dāng)2個(gè)黑洞開(kāi)始螺旋式相互靠攏，以引力波形式釋放能量時(shí)，合并發(fā)生了。LIGO探測(cè)到這種波的特殊聲音，被稱為啁啾，允許科學(xué)家測(cè)量天文臺(tái)觀測(cè)到的事件中2個(gè)物體的質(zhì)量：一個(gè)約為太陽(yáng)的36倍，另一個(gè)為29倍。
接下來(lái)黑洞融合了。巴黎高級(jí)科學(xué)研究院的引力理論學(xué)家迪博·達(dá)姆爾（Thibault Damour）表示：“如同將2個(gè)肥皂泡沫靠得很近變成一個(gè)泡沫，起初更大的泡沫產(chǎn)生變形。”正如LIGO看到的，2個(gè)黑洞合并后變成一個(gè)完美的球形，但起初以衰蕩形式向外輻射引力波。
2、引力波是否以光速傳播？
當(dāng)科學(xué)家開(kāi)始將LIGO的觀測(cè)結(jié)果與其他類型天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，他們首先要核實(shí)的事情之一就是這些信號(hào)是否是同時(shí)到達(dá)。物理學(xué)家猜測(cè)，引力是通過(guò)被稱為引力子的粒子傳播，類似光波中的光子。如果這些粒子與光子一樣沒(méi)有質(zhì)量，那么引力波就可以光速傳播，符合廣義相對(duì)論對(duì)引力波速度的預(yù)測(cè)。（速度會(huì)受宇宙加速膨脹的影響，但要在超過(guò)LIGO能探測(cè)的遠(yuǎn)得多的距離才能顯現(xiàn)）
引力子有很小質(zhì)量也是可能的，這意味著引力波的速度會(huì)低于光速。如果這樣，LIGO和Virgo可從宇宙事件中探測(cè)到引力波，這些波到達(dá)地球的時(shí)間要比其他天文望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的相關(guān)γ射線爆發(fā)要晚，這對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)將有巨大的影響。
3、時(shí)空是否由宇宙弦組成
如果引力波爆發(fā)被探測(cè)到來(lái)自“宇宙弦”，將產(chǎn)生更奇怪的發(fā)現(xiàn)。在時(shí)空彎曲中出現(xiàn)的這些假設(shè)的瑕疵，可能也可能不是與弦理論有關(guān)，將是無(wú)限薄但在整個(gè)宇宙中延伸。研究人員預(yù)測(cè)，這些宇宙弦如果存在可能會(huì)偶爾打結(jié)，如果一根弦斷了，會(huì)突然釋放出一陣引力波，然后被LIGO和Virgo等探測(cè)器測(cè)量到。
4、中子星
中子星是恒星因自身質(zhì)量而坍塌的遺跡，密度非常大，導(dǎo)致電子和質(zhì)子融合為中子。這種極端物理現(xiàn)象難以理解，但引力波提供了獨(dú)特的視角。例如，中子星表面的巨大引力往往使它們幾乎成為完美的球形。但一些研究人員通過(guò)理論研究發(fā)現(xiàn)，中子星也可能存在“山脈”——雖然最多只有幾毫米高——但足以使直徑約為10公里的中子星產(chǎn)生不勻稱。中子星通常旋轉(zhuǎn)速度很快，因此質(zhì)量的不均勻分布可能會(huì)破壞時(shí)空，以正弦波形式產(chǎn)生持續(xù)的引力波信號(hào)，輻射能量并放慢中子星的旋轉(zhuǎn)速度。
相互繞軌道運(yùn)行的一對(duì)中子星也可能產(chǎn)生持續(xù)的信號(hào)，如同黑洞一樣，這些星體以螺旋方式相互纏繞并最終合并，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲音啁啾。但它們的最終融合可能與黑洞有很大不同。普雷托里烏斯稱：“有很多可能，這要看質(zhì)量和高密度中子物體產(chǎn)生的壓力?！崩?，合并后的星體可能是巨大的中子星，也可能迅速坍塌變成黑洞。
5、恒星為何爆炸？
質(zhì)量巨大的恒星不再發(fā)光并因自身質(zhì)量而坍塌，形成了黑洞和中子星。天體物理學(xué)家認(rèn)為，這個(gè)過(guò)程就是II型超新星爆炸。但通過(guò)對(duì)這種過(guò)程的模擬還無(wú)法解釋爆炸的原因，而超新星產(chǎn)生的引力波爆發(fā)可幫助解釋這種現(xiàn)象。從射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到這種爆發(fā)的波形、聲音、頻率和它們與超新星的關(guān)系，可幫助驗(yàn)證或否定現(xiàn)有的各種模型。
6、宇宙膨脹速度多快？
宇宙膨脹意味著從銀河系看，遙遠(yuǎn)的星體比實(shí)際更紅，因?yàn)樗鼈儼l(fā)出的光在旅行過(guò)程中被拉長(zhǎng)了。通過(guò)對(duì)比星系的紅移（red shift）與星系與我們的距離，宇宙學(xué)家可以估計(jì)出宇宙膨脹的速度。但這種距離通常用la型超新星的亮度來(lái)判斷——這種手段帶來(lái)很大不確定性。
如果全球多個(gè)引力波探測(cè)器能同時(shí)探測(cè)到同一中子星合并的信號(hào)，它們將能估計(jì)信號(hào)的絕對(duì)響度，揭示合并發(fā)生與地球的距離。它們也能用于估計(jì)信號(hào)的方向，然后天文學(xué)家可推斷出合并發(fā)生在哪個(gè)星系。將星系的紅移與引力波響度測(cè)量出的合并發(fā)生的距離進(jìn)行對(duì)比，可獨(dú)立估計(jì)出宇宙膨脹的速度，精確度可能超過(guò)當(dāng)前任何手段。（木秀林）
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