无论是黑洞合并还是中子星合并,都是宇宙中顶级能量释放的事件,两者都会对时空产生巨大的涟漪,一直到传播到数亿光年外的地球被引力波天文台感知,但吃瓜群众问题也来了,两者都属于超级质量的合并,同样的时空波动,我们如何来区分?先不忙区分,我们先来了解下两者的过程。
一、黑洞合并事件
北京时间2016年2月11日23:30分,美国国家科学基金会在华盛顿国家媒体中心宣布:人类首次以直接方式探测到了引力波!
上图是两个相距3000千米的LIGO引力波天文台探测到的结果,第一个波形是汉福德的引力波天文台接收到的,第二个波形是路易斯安那州利文斯顿LIGO引力波天文台接收到,第三个是两者叠加后的信号!几乎完美契合,横坐标是时间,请注意其时间非常短暂,1S不到即彻底消失,有效信号甚至在1/4以内!
上图是引力波探测的原理,两束干涉激光在相距数千米的反射镜来回反射,如果时空绝对平直的话,两束光的光程是绝对一致的,但当时空涟漪扫过两个探测器时,光程就会出现差异,我们以这个原理来确认是否有引力波扫过地球
此次LIGO探测到的引力波是13亿光年外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的,一个质量为太阳的29倍,另一个为太阳的36倍,两者合并后产生了一个62倍太阳的质量,眼尖的童鞋应该发现是不是少了3个太阳的质量?其实我们探测到的时空波动的能量就来自于这三个消失的太阳质量!
二、中子星合并事件
北京时间2017年8月17日29点41分零4秒,LIGO探测器探测到了一段特别长的引力波信号!大约2S之后NASA的费米空间望远镜观测到了一个伽玛射线暴信号(GRB170817A)。
中国的“慧眼”卫星也对此次事件进行了观测,最终全球上百台望远镜都对准了这一区域,从紫外到光学以及近红外波段对这个区域来了一个彻底的围观!
这次引力波事件的两颗中子星位于1.3亿光年以外,超长时间的引力波信号同时又伴随着伽玛射线暴,而且后续的多波段联合探测,对了解引力波细节的科学研究意义十分重大!
三、中子星合并和黑洞合并的引力波事件差异
黑洞合并的时间极其短暂,在0.5S之内,有效信号甚至小于0.25S!中子星合并时间超长,此次中子星合并时间长达100S,这是非常罕见的!
中子星合并伴随射电信号,尽管理论上黑洞合并也可能存在射电信号或者弱射电信号,但至少到现在为止还没观测到
黑洞的质量远超中子星,质量并无上限,比如第一次两个黑洞的质量都大于太阳的30倍,而中子星质量明显不如黑洞,两者的规模上也不在一个档次
伽玛射线暴在引力波探测到合并信号后2S才到达地球,其实并不表示引力波的速度超过了电磁波,而是中子星合并后在周围产生了多个电磁波信号反射体,最终突出到的信号才被我们探测到,因此有延迟也是正常现象,但引力波似乎没有什么介质可以挡住它,除非一个没有空间的区域!
中国的“慧眼”卫星在尽管没有在第一时间围观到中子星合并事件,但“慧眼”在伽马射线波段灵敏度是当时观测的设备中条件中最好的,因此“慧眼”的贡献让整个团队110名科学家加入了此次中子星合并的观测贡献名录!
引力波的研究刚刚开始,未来随着空间引力波探测构建,我们将获取到更多的宇宙秘密,因为最原初的引力波信号可能携带了宇宙大爆炸时候的信息,这是人类窥见宇宙诞生的终极武器,希望我们能早日获得成功!