大約一億三千萬年前,兩個致密物質球體相撞。這兩顆撞毀了的中子星的內核,如一座城市般大小,螺旋向內,合并成一個巨大的火球。在碰撞中,它們產生了“時空漣漪”,也就是引力波。
今年8月17日,研究人員在兩個不同的觀測點上——激光干涉引力波天文臺(LIGO)位于路易安娜和華盛頓的兩個探測器——看到了引力波的信號。
LIGO 實驗室
LIGO的歐洲合作者處女座(Virgo)引力波探測器沒有看到信號,但他們很快意識到是由于引力波源于Virgo的一個盲點。當引力波在LIGO的天文臺狹小的時空圖標中移動時,它拉伸、壓縮長達數千米的探測臂。這是人類迄今為止第五次發(fā)現引力波。
引力波示意圖
但這這與前四次不同。
首先,這是首次觀測到的來自中子星的引力波。前幾次的引力波都來自于黑洞碰撞。更酷的是,LIGO和Virgo第一次由一組老式望遠鏡——哈勃太空望遠鏡和歐洲甚大望遠鏡(VLT)——幫助完成。在引力波研究人員看到信號后的幾分鐘,他們通知天文臺的伙伴,并建議他們把望遠鏡指向它的方向。
大約有70個觀測站通過捕捉不同類型的光線共同觀測了此次天文事件:X光、紫外、可見光、紅外及射電波。將引力波信號與望遠鏡圖像相結合,可以確認其位置,辨認出它源自于兩顆中子星,并描述它們碰撞的細節(jié)。
加州州立大學富爾頓校區(qū)的LIGO物理學家Jocelyn Read 說:“這很像是所有感官的結合,他們每個都從不同的角度告訴你發(fā)生了什么事?!?/span>
當 Read 獲悉探測到信號時,她正在蒙大拿的一場研討會上,準備展示假設的中子星相撞。在宣布消息之前,LIGO和Virgo需要對外保密,以防消息泄露。中子星探測發(fā)生于兩個月之前,1500多名參與該項目的研究人員被禁止在10月16日之前公開談論。
沒有參與的研究人員注意到,并在網上評論說,一些天文臺的公共互聯網日志聲稱他們是在LIGO的建議下利用望遠鏡觀測。
正如他們猜測的那樣,LIGO成員對此事含糊其辭。10月3日,在關于諾貝爾物理學獎的新聞發(fā)布會上,一名記者直接問了新獲獎者和先鋒研究員Rainer Weiss,即將發(fā)布的消息是否與中子星有關。
奧伯林學院的物理學家 Rob Owen 雖然研究引力波,但并不是LIGO的成員,他在三周前聽說了探測結果——因為他的朋友在Facebook上發(fā)布了謠言。
他說:“實際的LIGO成員并沒有公開談論,也沒有在Facebook上發(fā)布任何消息,但是其他人可能已經聽到了不知從哪兒來的謠言。”
與傳統(tǒng)觀測站的合作,使得這次的探測更難保密。人越多,越難保密。傳統(tǒng)的天文臺也被用來快速地發(fā)布數據。Read 說:“我們所擁有的望遠鏡,都在迫切宣布他們各自的發(fā)現。對于我們自己的設備來說,我們可能會想要更多的時間?!?/span>
LIGO 的第一次發(fā)現花了大約六個月的時間才宣布,而這一次只花了不到兩周。有了額外的時間,Read 希望能夠更詳細地了解數據。
雖然現在,他們“有足夠的信心”說,引力波來自于兩個中子星相撞。但嚴格說來,他們只知道這一碰撞發(fā)生在兩個典型中子星之間。這一引力波仍然有可能來自于中子星與黑洞之間的碰撞——他們可能永遠無法確定。在接下來的幾個月和幾年里,將會針對這一事件進行更多的分析。
重力波研究人員歷來守口如瓶,因為他們在物理學家中缺乏信譽度。卡迪夫大學的社會學家 Harry Collins 說:“他們是一群局外人,經常被科學界的其他成員嘲笑?!?/span>
他從1972年開始追蹤引力波研究的傳奇事跡,并在他的書《地心引力之吻》(Gravity’s Kiss)中寫下了第一次引力波探測。在LIGO于2016年2月宣布第一次發(fā)現之前,其他物理學家批評了研究超過10億美元高成本設備。即使是預測引力波存在的愛因斯坦,也懷疑是否有人能探測到它們。
歷史上的失態(tài)也沒有幫助建立他們的信譽。物理學家 Joseph Weber在20世紀70年代聲稱他發(fā)現了引力波——但其實他沒有。2015年,在南極的望遠臺工作的物理學家也不得不撤回類似的說法。
加州州立大學富爾頓校區(qū)的物理學家,同時也是LIGO成員的Geoffrey Lovelace說:“在向全世界宣布之前,我們想要確保所有的東西都被檢查過了?!睂τ诳茖W家來說,對錯誤保持警惕是有道理的。在如今的政治氛圍中,科學作為一個整體,被批評明顯的資源浪費,利益沖突,或錯誤解讀結果,而對科學家來說,在世界面前丟臉是很危險的。
但引力波研究人員使它成為了主流,不管他們是否意識到這一點。他們已經探測到5個引力波,并通過多個探測器獲得同步數據證實了測量結果。
先鋒研究人員Rainer Weiss, Kip Thorne, 以及Barry Barish 在本月憑借為LIGO探測器建設和發(fā)現引力波所作貢獻獲得了諾貝爾物理學獎。他們甚至已經部分地解決了一個長期存在的謎團——像黃金這樣的重元素是如何在中子星的碰撞中產生的。
Collins 認為,LIGO 和 Virgo 將逐漸放松對引力波數據的鐵腕控制。對于最初的幾次探測,賭注非常高,因為他們以前從未做過。現在他們有了信譽度。他們已經證明了他們有能力探測到引力波——現在他們的目標是探測到更多以便了解太空中的外來物體。
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