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《天体物理学杂志》:天文学家在探测到39次新的宇宙碰撞事件后探究黑洞起源

《天体物理学杂志》:天文学家在探测到39次新的宇宙碰撞事件后探究黑洞起源

《天体物理学杂志》:天文学家在探测到39次新的宇宙碰撞事件后探究黑洞起源

《天体物理学杂志》:天文学家在探测到39次新的宇宙碰撞事件后探究黑洞起源

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:外媒CNET报道,由黑洞和中子星之间的大规模碰撞引起的引力波事件的数量已经增加了四倍。在一组新论文中,来自LIGO和Virgo合作项目的研究人员编目了39个“新 ”事件,这是自2015年LIGO和Virgo引力波探测器开启以来已经检测到的11个事件的基础上增加的。

引力波是由黑洞和其他极端宇宙现象之间的碰撞引起的时空涟漪。当巨大的宇宙体合并时,它们会释放出异常巨大的能量。最终,这种引力波会被美国(LIGO)和意大利(Virgo)的探测器探测到。引力波探测彻底改变了观察宇宙的方式,帮助科学家了解太空中一些最神秘的天体。

周三公布的新目录被称为GWTC-2,共有50个事件,包括黑洞合并、中子星合并,以及可能发生的黑洞和中子星之间的碰撞。2019年4月1日至9月30日期间,在LIGO和Virgo设施进行了一系列升级,提高了它们的灵敏度之后,有39个事件被检测到。

目录更新包括一些有史以来检测到的最极端的宇宙碰撞,包括9月份揭示的有史以来最大规模的两个黑洞合并事件,它创造了一个质量约是太阳150倍的黑洞。

但合并天体让研究引力波的天文学家们兴奋不已,因为它给他们提供了大量新的数据,用这些数据来探究这些极端宇宙碰撞的本质。

澳大利亚墨尔本莫纳什大学的天体物理学家、澳大利亚研究引力波的研究中心OzGrav的首席研究员Eric Thrane解释说:“这有点像发现一块禽龙骨头和发现数百块禽龙化石之间的区别。”

在一篇提交给《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal Letters)的新预印论文中,该合作研究了50个事件中的47个,并分析了黑洞合并的物理特性。

“黑洞是迷人的物体,因为它们非常简单,”Thrane说。“它们只有两个数字来描述它们:它们的质量和它们的自旋。”

黑洞的自旋可以通过引力波信号来确定。这为科学家们提供了一个窗口,了解黑洞如何在深空相遇并落入对方,揭示它们是如何相遇的。

黑洞是由巨大的恒星向自身坍缩时产生的。有时,两颗恒星以所谓的“双星系统 ”的形式,彼此环绕对方运行了数个世纪。随着时间的推移, 它们失去了质量,最终死亡,塌缩形成黑洞。但它们继续互相绕行,直到它们相撞形成一个更大的黑洞。在这种情况下,黑洞的自旋并没有改变--它指向同一个方向。

另一方面,如果黑洞一直在密密麻麻的恒星群中游荡,独自一人,然后互相碰撞,理论上认为这会扰乱它们的自旋。“当这种情况发生时,你会期望自旋会指向不同的方向,”Thrane说。“我们正在了解黑洞来自哪里的起源(以及)它们如何聚集在一起并合并。”

LIGO和Virgo运行的最后一次观测O3b发生在2019年11月1日至2020年3月27日之间,然后由于新冠大流行而停止。目前正在对这一时期的数据进行分析,并将扩大引力波事件的目录,再次进一步加深我们对极端宇宙碰撞的理解。

相关报道:旋转方向揭开黑洞“配对”秘密

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(徐锐):4年前,在几十亿光年外,两个巨大黑洞在旋转中彼此融合,空间和时间产生了短暂的涟漪,物理学家因此第一次发现了引力波。从那以后,科学家仿佛打开了新大门,陆续发现了一系列类似事件。

据《科学》报道,近日全球引力波探测器网络的研究人员在预印本服务器arXiv上,以4篇文章的形式,公布了迄今为止对已发现的50次类似事件数据的首个统计分析报告。报告显示黑洞——这些大质量恒星崩塌时留下的超强引力场,比科学家预期的更常见,也更奇怪。研究人员还在报告中揭开了一些谜团,比如这些黑洞在合并之前是如何“配对”的。

上述观测数据部分来自3个被称为干涉仪的大型L形光学仪器,其中两个属于激光干涉仪引力波天文台(LIGO),第三个探测器是意大利比萨附近的室女座干涉仪(VIRGO),于2017年加入了寻找引力波的行列。

探测器对黑洞进行普查的新能力,使研究人员能够探测合并中的一对黑洞是否指向彼此轨道相同的方向,这是一个能够说明这对黑洞最初是如何聚集在一起的潜在线索。

如果自旋方向与彼此环绕的轨道方向相同,那么这对黑洞可能是由一对共同诞生的恒星形成的,它们自然地获得了相匹配的自旋,并且在坍缩之后仍相伴在一起;如果自旋指向与彼此环绕轨道方向不同,那么这对黑洞可能是最初分别形成后,以某种方式“配对”到一起的。目前,上述哪个形成方式占主导地位仍是研究人员争论的话题。

特别是,如果一对黑洞的其中一个以与轨道相反的方向旋转,这对黑洞更有可能来自已经形成黑洞的混合体。但美国西北大学天体物理学家、LIGO成员Maya Fishbach说,很难从单个啁啾信号中确定是否发生了这种情况。

研究人员通过对这些事件的整体分析,梳理出至少有些黑洞合并涉及反向旋转的证据。Fishbach认为,这一结果反过来证明了黑洞的形成方式不止一种。

“我们已经回答了许多连自己都没有意识到的问题,但我们提出了更多的问题,这只是科学的开始。” Fishbach说。




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