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

  • 全球人工智能伦理论坛探讨伦理原则落地实施

  • 一箭9星 引力一号遥三运载火箭发射成功

独家策划

推荐阅读
据了解,该隧道盾构段长约2.9公里,采用双洞双层结构设计。如此“大块头”的装备,推进系统配置了液压浮动支撑装置,同时还配备了高精度导向系统与管片选型系统,共同保障盾构机轻巧拐弯。
2026-09-16 10:38
当前,一场以可再生能源替代化石能源、以电动汽车替代燃油车为核心的能源革命正席卷全球。车网互动的本质,是将电动汽车从单纯的“负荷”转化为兼具“负荷”与“电源”双重属性的移动储能单元。
2026-09-16 10:38
从持续性看,这些劣质、虚假或错误的信息,不只占据当下受众的注意力,还会变成AI训练的语料,形成自我循环。使清朗网络空间成为可感可及的常态,还要立足于人机协同,同步提升全社会的信息素养和核查效率。
2026-09-16 10:37
近日,南方科技大学地球与空间科学系副教授范斯腾与合作者在火星大气环流及物质输运研究方面取得重要进展。火星上的物质输运通常主要沿着平均环流进行,这与地球根本不同,后者的大气输运主要受涡流主导。
2026-09-16 10:39
艺术家描绘了星团潮汐尾上的脉冲星和接力观测的三组望远镜。此后,随着星团内部动力学演化和银河系潮汐作用持续改变成员轨道,一部分中子星会逐渐进入潮汐尾,最终脱离星团。近一个世纪后,星团潮汐尾上的这颗脉冲星,使巴德开启的两条科学线索在一个具体天体上交汇。
2026-09-16 10:39
今年入夏以来,西北太平洋与南海海域的台风仿佛开启了“流水线”模式,接连生成、登陆,引发社会广泛关注。
2026-09-15 09:35
气候变化可能进一步改变全球极端降雨、洪水和季风过程,短期水文事件对陆地塑料向河流和海洋输送的影响也可能随之变化。厘清这种“脉冲式”污染输送机制,有助于提高全球海洋塑料污染预测的准确性,并为更具针对性的塑料污染治理提供科学依据。
2026-09-15 09:27
错坚河冰崩发生点和下游传输侵蚀通道。研究指出,气候变暖背景下,喜马拉雅山地区的冰冻圈灾害正呈现频次增加与链式放大的复合态势。研究指出,此次冰崩与气候变暖影响下冰裂隙扩张、从冰面向冰内和冰床排水加剧直接相关。
2026-09-15 09:26
记者从国家药监局了解到,我国第三个脑机接口医疗器械标准于14日被批准发布。据悉,为了支持我国脑机接口医疗器械重大创新、满足产业发展急需,国家药监局采用快速程序立项和批准。
2026-09-15 09:23
工科学习与研究强调实践牵引、逻辑思维和科学方法,解决问题更是落脚点——学生可以借助AI,但不能被AI替代。工科学习,不仅是吸收知识的过程,更是应用理论、方法和工具提升学生解决工程实践问题的能力的过程。
2026-09-15 09:25
拍卖会是全国优质种公牛资源展示的舞台。与华西牛同台竞争的,不乏安格斯、西门塔尔等国内外优质牛,可近4届“标王”无一例外都花落华西牛。
2026-09-14 09:26
甲烷的“存在感”远不及二氧化碳,但增温效应不容小觑。有研究认为湖泊贡献了全球自然甲烷排放的75%,也有测算认为占比不足两成。但实际排放多少、国际模型是否适用于我国,长期缺乏本土实测验证。
2026-09-14 09:25
位于今青海省海西州格尔木市南部的布尔汗布达山山体,是当代地质学界、地理学界公认的东昆仑主干,也是青藏公路、青藏铁路的关键地标——昆仑山口所在地。
2026-09-14 09:14
近日,记者从吉林大学获悉,该校生物考古实验室在全球首次完成已灭绝古生物奥氏马的完整形态复原。
2026-09-14 09:15
2026年国家网络安全宣传周期间,光明网联合科普中国推出AI科技伦理系列科普视频,引导公众理性认知技术逻辑,秉持算法向善理念,共建网络安全生态。
2026-09-14 09:15
实现人的自由全面发展,是人工智能伦理治理的逻辑起点与价值原点。
2026-09-11 08:42
2019年,一场生态修复让一个古人类遗址——云南蝙蝠洞遗址浮出水面。之后,多支科研团队开展跨学科综合研究,让丹尼索瓦人在中国西南腹地缺失的关键地理拼图得以补充。
2026-09-11 08:51
在位于内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔新区的人才创新谷,工作人员操作和林格尔数据中心集群多云算力资源监测与调度平台,实时监测、动态调度算力资源。
2026-09-11 09:10
人类全基因组约30亿个碱基对中,仅1%—2%编码蛋白质,其余包含不编码的“垃圾DNA”及控制基因表达时间、位置和强度的调控序列。
2026-09-11 09:07
8月也是非极地海域有记录以来最温暖的一个月。海表温度峰值达21.1℃,是有观测以来最高的海表温度。
2026-09-11 08:51
加载更多