【引力波谁发现的】专家解析引力波新发现:从预测到"看见"历经百年

2019-11-25 - 引力波

据外媒报道,北京时间16日晚,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)宣布,今年8月探测到由双中子星合并产生的新型引力波。这是人类首次探测到双中子星合并产生的引力波。天文专家对中新网记者分析,这次发现开启了多波段、多媒介观测引力波的时代。

引力波谁发现的

资料图:希伯来大学的爱因斯坦档案馆馆长Roni Gross展示爱因斯坦有关引力波的原始文件。

世界天文机构集体“卖关子”

——科学家发现新型引力波

连日来,全球数十家著名天文机构纷纷发布了同一条消息:北京时间10月16日晚上10点,将发布重大消息。有媒体统计,这些机构包括中国南京紫金山天文台、美国国家航空航天局、欧洲南方天文台等。

引力波谁发现的

这一令多个国家的天文机构集体“卖关子”的大事究竟是什么呢?这一谜底最终如期而至。

北京时间16日晚,LIGO在官网宣布,今年8月,LIGO和欧洲“处女座”(Virgo)引力波探测器及其他合作伙伴探测到由双中子星合并产生的新型引力波。

引力波谁发现的

据公开资料显示,早在百年以前,科学家爱因斯坦就在其广义相对论论文中对引力和引力波进行了论证,他提出,引力的本质是时空几何在物质影响下的弯曲;引力的作用以波动的形式传播,即引力波。

这个概念听上去有些艰涩,但用通俗的方法解释,引力波就像一个池塘中投下一枚石子所引起的涟漪,只不过,引力波是“时空的涟漪”。

根据爱因斯坦预言,强引力场事件可产生引力波,比如黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等。此次最新的发现,是人类首次探测到双中子星合并产生的引力波。

资料图:瑞典斯德哥尔摩当地时间10月3日,瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予Rainer Weiss,Barry C. Barish和Kip S. Thorne,以表彰他们在引力波研究方面的贡献。图为Kip S. Thorne。

百年前预测渐获证实

——近年来人类数次探测到引力波

不过,有关引力波的探索,人类从预测到发现经历了百年时间。直到2016年2月,美国科学家才宣布他们首次探测到了引力波,该引力波发生在2015年9月。这次事件被认为印证了爱因斯坦的假说。

此后,科学家又陆续宣布,2015年12月和2017年1月先后探测到了引力波,进一步印证了爱因斯坦广义相对论的正确性;2017年8月, LIGO的两台干涉仪和Virgo的一台干涉仪,从三个地点几乎同时捕获到了引力波。

2017年10月,瑞典皇家科学院将本年度的诺贝尔物理学奖授予雷纳·韦斯(Rainer Weiss),巴里·巴瑞斯(Barry C. Barish)和吉普·索恩(Kip S. Thorne)三位科学家,以表彰他们在引力波研究方面的贡献。

图为中国科学院紫金山天文台研究员王立帆现场发布。 吴雪峰 摄

新引力波探索的中国贡献

——“慧眼”望远镜成功监测到爆发天区

此次关于引力波的最新探索也有来自中国的贡献。据媒体报道,中国第一颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远镜(以下简称“慧眼”望远镜)对此次引力波事件发生进行了成功监测。

中国科学院高能物理研究所研究员熊少林在接受媒体采访时透露,“慧眼”望远镜在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区(MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制,相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中。

据了解,此次引力波事件具有极为重要的意义,天文学家使用了大量的地面和空间望远镜进行观测,形成了一场天文学历史上极为罕见的全球规模的联合观测。

然而,引力波事件发生时仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区,中国的“慧眼”望远镜便是其中之一。

此外,中国科学院紫金山天文台16日晚也宣布,自北京时间2017年8月18日21:10起(即距离引力波事件发生24小时后),中国南极巡天望远镜AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2台望远镜AST3-2对GW170817开展了有效的观测,此次观测持续到8月28日,期间获得了大量的重要数据,并探测到此次引力波事件的光学信号。

资料图:瑞典斯德哥尔摩当地时间10月3日,瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予Rainer Weiss,Barry C. Barish和Kip S. Thorne,以表彰他们在引力波研究方面的贡献。图为Ranier Weiss。

新引力波能被望远镜“看”到

——专家:开启引力波多波段、多媒介观测时代

据媒体报道,过去探索到的数次引力波事件,都是双黑洞并合,但黑洞并合真的是“黑”的,它不会发射出电磁波;而这次双中子星并合产生的引力波,是会发光的,至少是能被电磁波望远镜“看”到的。

北京师范大学天文系讲师高爽在接受中新网记者采访时分析称,“黑洞产生的引力波很强,但持续时间短,中子星产生的则偏弱,但持续时间长,这意味着现在已经可以探测到比较弱的信号,探测仪器的能力更灵敏,噪声控制得更好。”

他还表示,双中子星合并是金银等重金属的形成机制,探测这样的过程能够帮助人类理解化学元素的起源。

而另一个重要的进步来自对引力波精准的定位。高爽解释说,过去的引力波只能很粗糙地知道大概的方向,现在可以精确定位,从而探测到引力波的来源天体,使得望远镜可以进一步观测,开启了多波段、多媒介观测引力波的时代。

谈及未来,高爽相信,肯定会发生越来越多的引力波事件,将会有更多的数据用来分析引力波的细节,帮助人类理解黑洞、恒星、宇宙早期的行为和演化。

“国际多个望远镜共同观测也将成为一种新的合作机制,中国也有越来越多的新设备加入其中,贡献力不容小觑。”高爽说。

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