点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:又是引力波 发现致密双星并合最后一块“拼图”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

又是引力波 发现致密双星并合最后一块“拼图”

来源:科技日报2021-07-13 10:03

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  遥望苍穹,看似平静,却也激流涌动,“眉目传情、暗送秋波”的现象在天文探测中时有发生。

  6月29日,一篇发表在《天体物理学杂志快报》的论文称,来自美国激光干涉引力波天文台(LIGO)、欧洲室女座引力波天文台(Virgo)和日本引力波天文台(KAGRA)的天文学家接连发现了2例来自黑洞—中子星并合的引力波事件——GW200105和GW200115。

  所谓黑洞—双子星并合,即一个由黑洞和双子星构成的致密双星系统发生的并合事件。

  这是人类首次确认黑洞—中子星并合,至此,科学家通过引力波,找到了3种致密双星并合(双黑洞、双中子星和黑洞—中子星)的最后一块“拼图”。

  科学家是如何确定引力波来源的?引力波还能在哪些领域取得新的突破?带着这些疑问,科技日报记者采访了相关专家。

  姗姗来迟的黑洞—中子星并合

  “对一个天体对象的探测,无非有两种方法:一个是引力,一个是电磁波。”华中科技大学物理学院教授邹远川说。

  早在2015年9月14日,人类首次通过LIGO发现了双黑洞并合产生的引力波,这也是首次探测到引力波,3名科学家因此获得了2017年诺贝尔物理学奖。

  两年后,2017年8月17日,科学家观测到双中子星并合产生的引力波,同时也看到并合后抛出的中子物质间接产生的伽马射线、光学辐射等电磁信号。

  邹远川介绍,至此,在对致密双星并合的探测中,只剩黑洞—中子星并合事件还未被发现。这次LIGO、Virgo和KAGRA的共同探测成果,正好补齐了这最后一块“拼图”。

  “近年来,以LIGO为代表的引力波探测器,灵敏度稳步提升,这是人类发现黑洞—中子星并合事件的关键。”北京师范大学珠海校区引力波与宇宙学实验室特聘研究员朱兴江博士介绍说,相对而言,黑洞—中子星并合或许没有双黑洞、双中子星并合出现的这么“频繁”,想要寻找更多黑洞—中子星并合,我们需要能够看得更远的探测器。

  黑洞—中子星并合为何是最后一个被探测到的?

  邹远川认为,可能有两个主要原因,一是该事件发生概率较低,即便发生了,其信号强度也比较弱,目前被探测到的绝大多数是双黑洞并合,就是因为其质量比中子星大几十倍,产生的信号也更强烈;二是巧合,双中子星并合的理论探测率也不高,目前只看到了两个,先于黑洞—中子星并合被发现,也可能是巧合。

  黑洞—中子星并合如此难以探寻,科学家是否能通过除引力波外的其他手段进行多方面的探测?“原则上,黑洞—中子星并合也会辐射电磁波,但在此次两个并合事件中,还没有探测到任何电磁波信号。”朱兴江说,这可能是因为它们距离地球太远且方位不清,电磁波信号难以被捕捉,抑或是因为黑洞的质量比中子星大很多,中子星或直接被黑洞吞噬,仅造成其附近时空的震颤,没有留下其他任何线索,以供我们进行探测。

  通过质量大小确定并合双方身份

  黑洞—中子星并合的“事发地”距离地球如此遥远,科学家又是通过什么方式确认两例引力波来自黑洞—中子星并合?邹远川说,科学家主要通过两个天体的质量来判断并合事件的类型,引力波的波形中就包含着并合天体的质量信息。

  理论上,中子星的质量上限(奥本海默极限)大致为3倍太阳质量,致密天体的质量超过该质量上限,就可以确定其为黑洞。

  这次探测到的引力波事件GW200105,为约9倍太阳质量和1.9倍太阳质量的致密天体并合产生,GW200115则是约6倍太阳质量和约1.5倍太阳质量的致密天体并合产生。

  两例引力波事件中,质量较大的天体为黑洞,质量较小的则被认为是中子星。为何会有这样的判断?“原则上,两个较小质量的天体也可能是黑洞,但因其质量与中子星一致,且以前并未发现质量如此小的黑洞,所以判断这两例引力波来自黑洞—中子星并合最为合适。”朱兴江介绍。

  目前,地面引力波探测器发现的50余例引力波事件均来自两个致密天体的绕转和并合现象。

  “引力波频率不同,探测手段也不一样。”邹远川说,宇宙中的超新星爆发、中子星或白矮星非对称振动、宇宙深处超大质量双黑洞并合、小黑洞围绕超大质量黑洞的旋进和宇宙早期一些剧烈的物理过程都会产生引力波。

  邹远川介绍,目前,LIGO、Virgo和KAGRA主要探测频率约为十至几千赫兹的引力波。我国“天琴计划”“太极计划”等为空间引力波探测计划,主要探测毫赫兹左右的引力波。此外,更低频的、约1纳赫兹的引力波,主要以脉冲计时阵的方式进行探测。

  “不少引力波的信号特征都与我们日常生活中出现的声音相似。”朱兴江说,引力波随机背景信号类似收音机播放的噪声,旋转中子星的信号则是一个单频的连续信号,超新星爆发的信号可能是一个短暂的爆炸声,两个致密天体绕转的信号或更像鸟叫声,科学家们形象地称之为啁啾信号。

  黑洞—脉冲星系统或将被发现

  邹远川介绍,黑洞—中子星并合有两种情形,若黑洞质量比较大,黑洞将直接吞噬中子星,预期没有电磁辐射,这符合目前观测到的两例引力波事件;若黑洞质量较小,则在潮汐力撕裂并合中子星的时候,其中部分中子物质会被抛射出去,产生核合成及电磁辐射。

  因此,伴有电磁辐射的黑洞—中子星并合事件,是下一个值得期待的探测“新大陆”。

  朱兴江认为:“这次观测成果证实了黑洞—中子星双星系统或在宇宙中广泛存在,银河系内的黑洞—脉冲星系统也许很快将会被发现。”

  在邹远川看来,更长远的突破是地面引力波探测设备的进一步升级,能观测到越来越多宇宙中正在发生的致密双星并合事件,为人类了解恒星,特别是双星的演化提供绝佳手段。

  同时,我国“天琴计划”“太极计划”等实施后,将能观测到宇宙早期超大质量黑洞的并合,为我们理解星系中心黑洞的成长历史提供直接证据。

  “联合探测十分值得期待。”邹远川兴奋地说,把较低频的空间引力波探测和LIGO的探测结合,加上频率接收范围介于二者之间的探测器,可监测致密双星从互相绕转到最终并合的整个历史,还能提前预报并合事件,让传统望远镜提前观测,将引力波和电磁信号进行联合,让人类全面了解中子星和黑洞的本质等。(吴纯新 刘志伟)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2025年世界互联网大会文化遗产数字化论坛举行

  • 电影《731》拍摄历程特展在哈尔滨举行

独家策划

推荐阅读
中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、研究员曹湖军、副研究员张炜进团队在氢负离子导体开发及应用方面取得重要进展。
2025-09-18 09:52
工业遗址与科幻主题联动,带来现实与想象交错的奇妙感受;科技手段还原知名IP场景,让游客沉浸到小说里的名场面;利用独特地质地貌,打造“地球上最像火星的地方”……来一场新鲜、有趣的科幻游,成为不少人出游的选择之一。如何做好科幻与文旅深度融合,丰富旅游供给?各地因地制宜进行了探索。
2025-09-18 09:50
记者17日从中国石化新闻办获悉,部署在四川省资阳页岩气田的2口评价井测试产量均超百万立方米,其中资页2-501HF井试获日产气140.7万立方米,刷新我国页岩气测试产量最高纪录。
2025-09-18 09:44
当今中国,科学教育受到前所未有的重视—作为人才培养的根基与路径,科学教育的潜力将变成参与国际竞争、争取国际话语权的实力。
2025-09-18 09:43
日前,由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。
2025-09-18 09:40
“科创游”是一种将科技与旅游相结合的新型旅游形式,不仅展示科技企业的生产过程和产品,还注重科技教育的普及和科技创新的体验
2025-09-17 10:23
此次大会将讨论通过“人与生物圈计划”及其世界生物圈保护区网络杭州战略行动计划,明确未来十年的发展方向、目标和行动方案
2025-09-17 10:21
人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器要“上天”进入预定轨道,运载火箭少不了。在“火箭家族”展台,长征一号至五号运载火箭模型笔直而立。
2025-09-17 10:20
在化学生物学研究中,有一种强大的“分子地图绘制技术”——邻近标记技术。在癌症免疫治疗中,免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击,但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏。
2025-09-17 10:18
当前,秋粮陆续进入成熟期。各地抓住最后的窗口期,落实落细各项增产措施,全力以赴抓好秋粮生产,确保秋粮丰产丰收。
2025-09-17 09:32
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
加载更多