“跳出我星光”的合并双中子星产生引力波
超大质量的双黑洞可能比以前预期的数量更少,一对“搭档”黑洞隐藏在各自大星系的中心,它们彼此绕转,天文学家的发现不是凭借经验判断,而是对非常大型射电望远镜阵列 (VLA)的观测资料进行了分析。在大星系的中心寄居黑洞天体,它的质量相当于太阳质量的数百万倍,两个超大质量黑洞在两大星系的碰撞时会越靠越近,“双黑洞”在近距离的轨道上演了一场“宇宙好舞蹈”的大戏,天文学家担当了黑洞令人眼花缭乱的“双人舞”评委,他们不会以经验积累和情感渲染的标准进行评判,而是用数据和逻辑说话。“双人组合”黑洞不会永久地留在“旋转舞台”,它们最终将合并为一个质量更大的黑洞,科学家在黑洞合并过程中发现,长期以来搜寻的最强引力源发出了引力波。引力波是一种理论假设,未得到直接观测的证实,诺奖委员会不会将诺奖授予仅提出理论假设的科学家。
布兰戴斯大学的戴维·罗伯茨解释说,引力波的观测和研究处在天体物理学领域的最前沿,科学团队的探测给宇宙学研究带来了新的气息和思路。尽可能地取得有关引力波源的信息。世界上的天文学家进行了穿越银河系的大搜索,监测了快速旋转脉冲星,力求探测到“久违”的引力波。天文学家在项目研究中采用了测量脉冲星信号移动的方法,这是由引力波对时空纤维结构弯曲时引起的结果。脉冲星是高速旋转、超大密度的中子星,它发射类似宇宙灯塔的光束和射电波,中子星可作为“宇宙时钟”,天文学家做到了精确测量中子星的旋转率。
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罗伯茨和同事在研究中采用了星系样本,被称之为“X—型射电星系”,它的特别结构指示了一种电波——超速粒子喷发的可能性。在星系中心黑洞周围急速旋转的物质粒子在喷射过程中改变方向,天文学家指出,喷射方向的改变由另一个更早的合并者引起。双黑洞的合并过程引起了黑洞旋转轴的变化,也引起了圆盘喷射轴方向的变化。科学团队研究了更早的100个类似星系,查阅了VLA的档案数据,他们从中制作了52个星系的细节性图像,在图像数据分析的基础上,他们给出了结论:只有11个星系属于真正的候选对象,11个星系发生过合并事件,星系合并引起了射电喷发的方向改变,而其它星系发生的喷射方向改变由别的原因引起。
经过数据分析得出了结论,天文文学家估计,不到1.3%的拥有射电喷射的星系经历了两个星系的合并事件,低于之前预期数量的5倍。与之前的估计相比,“X—型射电星系”的非常长波段引力波出现了明显下降。人们对基本物理学的认识水平不断提升,通过电磁辐射或射电波的方式对天体进行观测,重要的在于将引力波和此类天体建立联系。物理学家以形象的语言将引力波描述为时空中的涟漪,几何物理学的天才——阿尔伯特·爱因斯坦在1916年预言了引力波,广义相对论是他的理论预言基础,从对一颗脉冲星绕另一颗恒星旋转的观测中取得了引力波存在的第一个证据,约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯在1974年发现了脉冲星和恒星的“双星组合”,它们对这对双星系的观测长达10多年,它们的轨道正在衰减,如同从爱因斯坦方程式预测的那样,衰减率的精确度强烈地显示出引力波带走了这对双星系的能量。
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【“跳出我星光”的合并双中子星产生引力波】泰勒和赫尔斯在1993年获得了诺贝尔物理学奖,他们的长期观测证实了理论预言的引力波效应,然而,迄今未找到引力波存在的直接证据。即使找到了,爱因斯坦本人也不可能再次获得诺贝尔物理学奖,诺贝尔奖不会颁给过世的科学家。诺贝尔奖只是一种荣誉,科学家从事科学活动的动力既来自于为人类谋福利的目的,也来自于对自然奥秘探索的向往,一个是经济学的动力,一个是科学的动力,科学活动的结果推动了人类文明的进步,大多数人可能认为,追求财富增长产生了人类文明进步直接和最大的动力。罗伯茨和布兰戴斯大学的本科生杰德·科恩、卢津共同合作,两名本科学生在科研项目中主要负责从 VLA档案库收集数据,制作星系图像,位于印度班加罗尔的拉曼研究所的两位研究人员参与了图像制作活动,《天体物理学杂志通讯》和《天体物理学杂志增补》发表了他们的成果。
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