多信使时代的诞生

作者|高天可
审核|郑启烛
编辑|张宓

前言

在上篇文章中,小星带着大家简单认识了一下人类对引力波的探索历程,想必大家对引力波已经有了初步的认识。但是小伙伴们肯定会问,引力波究竟有多大意义?它究竟有什么作用,能让物理学、天文学界如此激动兴奋?现在,让我们慢慢道来。

大发现:双中子星合并

新闻发布会现场(图片来源于中国科学院紫金山天文台)

小星记得自己开始深入了解引力波是在2017年10月16日听由紫金山天文台组织的关于各国共同观测的双中子星合并的新闻发布会。那是一次很幸运的观测,在LIGO发现了GW170817之后,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GW 170817开展了有效的观测,此次观测持续10天,获得了大量的重要数据,探测到此次引力波事件的光学信号。这些数据和全球其他天文台的观测结果一起揭示了此次双中子星并合抛射出1 %量级太阳质量的物质(超过3000 个地球质量),这些物质以0.3倍光速抛射到星际空间,抛射过程中部分物质发生核合成,形成比铁还重的元素。因此,这次引力波光学对应体的发现,证实了双中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素(金、银等)的起源。

AST3-2在8月18日观测窗口期内引力波光学信号(红色方框内)(图片来源于中国科学院紫金山天文台)

南极巡天望远镜AST3-2(图片来源于中国科学院国家天文台)

就单单这次,科学家们收获了很多:实现了观测同一天体的电磁波和引力波,开启了多信使时代;通过观测数据或许能验证重金属的来源;深入了解短伽马射线暴;验证爱因斯坦的等效原理:惯性质量等于引力质量。

欧南台多台仪器拍摄的星系NGC4993和千新星(星系中心左上角星点)(图片来源于ESO)

功臣:引力波

毫无疑问,对引力波的探测是这一切发生的前提,绝没有为它多邀功,因为这意味着人们认识宇宙从原来的传统光学观测,又多了一种新的方式,并且已经从理论到实现,并预期将会有不小的收获。

大家都应该知道,黑洞因为逃逸速度比光速大,所以无法进行光学观测。在LIGO之前,人们通过引力透镜来证明黑洞的存在。而现在,我们还能通过对引力波的观测了解黑洞。当今因为技术原因,观测精度还不够高,我们能得到的信息还不是很多。但随着技术的发展,引力波将会成为我们了解暗物质、暗能量,乃至整个宇宙的新途径。

双黑洞合并概念图(图片来源于Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel/SXS)

测量宇宙

如上文所述,现在的引力波探测约能以10%的误差锁定产生引力波的天体系统的距离,如果能找到其电磁对应体,想GW170817一样,在可见光、红外或射电波段观测到天体或者余晖事件,那么精度还能更精确,就有希望能绘出更大更具体的宇宙地图。

更多可能性?

电磁波已经被大家熟知,可是在早先发现的时候,谁也没有想到可以被这么广泛的应用于通讯、家居等生活的方方面面。那或许,引力波就是新的火种也说不定呢?让我们放开想象:引力波与空间、与质量息息相关,在一个遥远的未来,也许它会是新的通讯技术,也说不定真的能让人们突破对空间的认知瓶颈。让我们拭目以待吧!

有关引力波的更多疑问,欢迎大家在评论区留言,小星会为你一一解答哦~

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