发现迄今为止最强大的引力波源,瞬间释放8个太阳质量的能量!
?引力波由极端的天体物理现象产生,像宇宙钟声一样“震撼着”时空的结构,即大家耳熟的时空涟漪。现在,天文学家在引力波中探测到了可能是迄今观察到的最大质量黑洞合并信号。合并结果是首次清晰探测到质量介于太阳100倍到1000倍之间的“中等质量”黑洞。天文学家激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和室女座(Virgo)探测到了这个信号,并将其标记为GW190521。
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LIGO是一对相同4公里长的干涉仪,而室女座是一个3公里长的探测器。这个信号类似于四次短暂的摆动,持续时间极短,持续时间不到十分之一秒。这个引力波源产生时,当时宇宙的年龄约为其年龄的一半,使其成为迄今为止检测到最远的引力波源之一。至于是什么产生了这个信号,基于一套强大最先进的计算和建模工具,科学家们认为GW190521最有可能是由具有不寻常性质的双星黑洞合并产生。
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到目前为止,几乎每一个被证实的引力波信号都来自于两个黑洞或两颗中子星之间的双星合并。这次最新发现的合并似乎是迄今为止探测到的最大一次合并,涉及两个质量分别为太阳85倍和66倍的黑洞。LIGO-Virgo团队还测量了每个黑洞的自转,并发现当黑洞越来越近地围绕着自己的轴旋转时,它们可能是在绕着自己的轴旋转,角度与其轨道轴不对齐。当两个黑洞互相盘旋时,黑洞未对齐的自转很可能导致它们的轨道摇摆,或称“进动”。
迄今最强引力波
新信号很可能代表了两个黑洞合并的瞬间,这次合并创造了一个质量更大的黑洞,大约有142个太阳质量,并以引力波的形式释放出巨大能量,相当于释放大约8个太阳质量的能量,以引力波的形式传播到整个宇宙。室女座团队成员、法国国家科学研究中心(CNRS)研究员尼尔森·克里斯滕森(Nelson Christensen)说:这看起来不太像我们通常探测到的引力波。
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将这个信号与LIGO在2015年首次探测到的引力波进行了比较,这更像是‘砰’的一声,这是LIGO和处女座见过的最强大信号。组成LIGO科学合作(LSC)和室女座合作的国际科学家团队,在在《物理评论快报》期刊和《天体物理学》期刊上发表了其研究发现,并讨论了该信号的物理性质和天体物理意义。国家科学基金会引力物理项目主任佩德罗·马罗内蒂(Pedro Marronetti)表示:
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LIGO再一次让我们感到惊讶,不仅探测到了难以解释的大小黑洞,而且还使用了并非专门为恒星合并设计的技术。这一点非常重要,因为它展示了仪器从完全不可预见天体物理事件中探测信号的能力,LIGO表明,它也可以观察到意想不到的情况。这两个合并黑洞中独特的大质量,以及最终合并出来的更大黑洞,提出了一系列关于它们形成的问题。到目前为止观察到的所有黑洞,都符合两种类型中的任何一种:恒星质量黑洞,测量质量从几个太阳质量到几十个太阳质量。
一系列新问题
恒星质量黑洞被认为是在大质量恒星死亡时形成;超大质量黑洞,比如银河系中心的那个,从数十万到数十亿倍太阳质量。然而,由GW190521合并产生的一个142太阳质量黑洞,位于恒星质量和超大质量黑洞之间的中等质量范围内,所以这是有史以来第一个被检测到的此类黑洞。产生最终黑洞的两个前身黑洞似乎在大小上也是独一无二的,它们的质量如此之大,以至于科学家们怀疑它们中的一个或两个可能不像大多数恒星质量黑洞那样是由坍塌的恒星形成。
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根据恒星演化的物理学,恒星核心中的光子和气体向外的压力支持它抵御向内推动的引力,因此恒星像太阳一样是稳定的。当一颗大质量恒星的核心融合了像铁一样重的原子核后,它就不能再产生足够的压力来支撑外层。当这种向外的压力小于引力时,恒星会在自身重量下坍塌,这种爆炸被称为核心塌陷超新星,可能会留下一个黑洞。这个过程可以解释质量为130个太阳质量的恒星是如何产生高达65个太阳质量黑洞。
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