突發!科學家探測到黑洞發生了一些怪事

據消息稱,科學家探測到黑洞發生了一些怪事!這是天文學家首次探測到一個黑洞與非常不同質量的物體合併事件(GW190412)!

雖然此前科學家在LIGO和室女座引力波探測器探測到許多黑洞合併,然而這個特殊的信號顯示這兩個黑洞質量明顯不同。

突發!科學家探測到黑洞發生了一些怪事

該事件由LIGO和Virgo在2019年4月12日觀測到,這是探測器第三次觀測運行的早期階段。根據最近在網上和LIGO網站上發表的一項描述該發現的研究,GW190412發生在距離地球約19到29億光年的地方。它涉及兩個黑洞的合併,兩個黑洞的質量分別約為8倍和30倍太陽質量。

這一事件在引力波天文學的歷史上是獨一無二的,因為此前LIGO和室女座探測器觀測到的所有雙星都是由兩個大致相似的質量組成的。分析顯示,這次合併發生在距離地球19到29億光年的地方。這個新的不等質量系統是一個獨特的發現,因為之前LIGO和室女座探測器觀測到的所有雙星都是由兩個大致相似的質量組成的。

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2016年2月,LIGO首次探測到了引力波,引力波是由黑洞合併產生的。剛剛宣佈的第三次探測也是在兩個黑洞合併的時候進行的。這種巨大的質量差異使得LIGO/Virgo的科學家們得以驗證愛因斯坦廣義相對論所預言的一些東西,而這一理論至今仍未得到驗證。馬克斯·普朗克研究小組——aka的領導人Frank Ohme說:“在GW190412中,我們第一次‘聽到’了一種準確無誤的高次諧波的引力波嗡嗡聲,類似於樂器的泛音。在像GW190412這樣質量不等的系統中——這是我們第一次觀測到這種類型——引力波信號中的這些弦外之音比我們通常觀測到的要響亮得多。這就是為什麼我們以前聽不到它們的原因,但在GW190412中,我們終於聽到了。”

這些觀測再次證實了廣義相對論(GR)的理論,該理論認為,大質量的物體融合的時候會改變時空的曲率,並引起“漣漪”:引力波。該理論還預測,當兩個物體在質量上有巨大差異時,雙星系統將會在波形中引入更高的“諧波”。

當LIGO和Virgo合作研究GW190412發出的信號時,他們在歷史上第一次觀察到了這種現象。簡而言之,GWs的基頻比迄今為止探測到的所有其他事件的基頻高兩到三倍。

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研究顯示,此次位於GW190412中心的兩個黑洞的質量分別是太陽的8倍和30倍。這是人類觀察到的差異黑洞系統,兩個黑洞的質量差異如此之大!這個巨大的質量差異意味著我們可以更精確地測量系統的幾個屬性:它到我們的距離,我們觀察它的角度,以及重黑洞圍繞它的軸旋轉的速度。”

這項最新發現的另一個好處是,它使研究小組能夠更精確地測量該系統的天體物理特性。簡而言之,不同質量的物體會在GW信號上留下自己的印記,這反過來又使科學家能夠更精確地測量物體的性質,比如合併物體的質量和自旋,以及到光源的距離和觀察角度。

這其中的關鍵是由阿爾伯特·愛因斯坦研究所的研究人員提供的由黑洞合併產生的精確的GWs模型。這些模型第一次包括了黑洞自旋的進動和主四極外的多極矩——這對測量它們的性質和進行GR測試至關重要。

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德國波茨坦AEI研究所的高性能“Minerva”和“Hypatia”計算機集群以及漢諾威AEI研究所的“Holodeck”計算機集群也在信號分析中發揮了重要作用。根據美國AEI“天體物理學和宇宙學相對論”部門的主管Alessandra Buonanno的說法,這類獨特的信號是之前兩次觀測未能探測到的。她說:

“在O1和O2期間,我們僅僅觀察到了由恆星質量的黑洞組成的雙星群體的冰山一角。由於靈敏度的提高,GW190412讓我們看到了一個更加多樣化的世界,其特徵是質量不對稱,黑洞以大約40%的速度旋轉,這是廣義相對論允許的最大值。”

這種觀測在以前是不可能的另一個原因與最近LIGO/Virgo國際網絡中所有探測器的升級有關。這包括一項新技術,通過“擠壓”LIGO和Vigro使用的激光的量子力學特性來提高探測器的靈敏度。

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這項技術是由位於德國漢諾威南部的德英GEO600探測器的研究人員首創的,由馬克斯·普朗克研究所和多所歐洲大學的科學家設計和操作。該技術將GEO600探測器的靈敏度提高了兩倍,AEI正領導全球努力進一步最大化“光壓縮”技術的有效性。

2016年2月,科學家在LIGO探測到首個GW事件,這標誌著天文學進入了一個新時代。在僅僅四年多的時間裡,對單個探測器的改進和國際合作開創了一個每週都能探測到事件的時代。

隨著每一次新發現的出現,我們對支撐我們的宇宙的奇異物理學有了更多的瞭解。



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