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浩瀚的宇宙,存在着数不尽的奥秘。针对物质世界是如何形成的,宇宙的终极真理是什么等等,这一切都是哲学家和科学家梦寐以求的真理。
爱因斯坦在划时代的理论——广义相对论中,预言了宇宙中存在引力波,且无处不在。引力波听起来不可思议,但是事实上它诞生于宇宙从大爆炸,由于宇宙诞生之初瞬间的极度混沌,从而产生了能量快速传输的模式,就像宇宙初生时发出的“啼哭”声。
寻找引力波一百年来,无数物理学家和宇宙学家,借助大型灵敏的探测仪,寻找引力波存在的证据,但是收获颇少。直到年,有科研团队报道,他们终于锁定了引力波探测的确切范围。
说到引力波探测,我们不得不回顾一下宇宙中四种基本力的强度分别是:若将强力其相对强度定义为1,其次就是电磁力为10^-2,弱力为10^-1,引力为10^-8。
事实上,宇宙中引力波似乎无处不在。引力波的分布很均匀,在整个宇宙范围内到处都有,到处都是,只是随着引力场强度(正比于g)不同而不同。科学家推测,引力波可能也不是什么过去大爆炸或恒星坍缩遗留下来的,而是引力场场强的另一种表现。
引力波为什么难以发现呢?引力波的波长是如此之长,以及引力波的频率是如此之低,正是引力场强度之弱真实证明。
其实引力波是可以随时随地就可以检测到的,对应着此时此地的引力场强度或重力加速度,就可以探测到相应的引力波的波长和频率。
根据地球表面引力波的如此情况作为参照对比,就可以基本知道电磁场、强作用场和弱作用场的大致频率和波长的数量级了。
奇特的非双星系统引力波天体物理学家又有新发现,他们探测到一种奇怪的引力波,来自非双星系统的引力波。通俗地说,就是来自两个黑洞或中子星的融合过程。在这个“融合”的过程中,恒星或黑洞周边产生大量的碎片,这些碎片形成了一个巨大的外壳,形似蚕宝宝的“蚕茧”。
在浩瀚的宇宙中,引力波以光速传播,挤压和拉伸它们经过的任何东西,包括地球。
通常认为,宇宙的引力波是不可见的,但速度惊人,像光速一样传播的时空涟漪。科学界普遍认为,引力波是由空间中一些最猛烈、能量最大的碰撞过程引起的。
为了更透彻地研究引力波,美国建造了激光干涉仪引力波天文台(LIGO),专门为探测引力波而设计的。功能类似意大利建造的Virgo干涉仪和日本神钢引力波探测器(KAGRA)一样。
LIGO自运行以来就允许科学家自由使用他们收集的信息,便于分析我们的宇宙,寻找引力波的痕迹。到目前为止,引力波是从双星系统中观察到的,如黑洞或中子星,由于两个天体距离足够近,引力吸引导致它们相互绕行。
死亡的恒星形成“蚕茧”释放引力波科学家观测发现,一颗核心出现坍缩的超新星,在引力坍缩的过程中,可以持续释放高能量的物质流,如伽马射线等。这些物质流被挤压出恒星时,会形成一个类似沙漏的外壳。这个外壳是形成引力波的源头。这是科学家首次观测到“单个”恒星坍缩释放引力波的现象。
此外,为了方便理解,研究人员也使用数学方法来模拟一颗大质量恒星的坍缩,从恒星坍缩成黑洞开始,直到射流逸出。他们首次证明,一个茧可以发出可探测的引力波。
研究人员认为,这一发现意义重大,因为这比从伽马射线暴,或超新星中探测引力波要好,因为非双星系统引力波的频率可能极低,不在LIGO的可探测范围内。
因为超新星是球形和对称的,所以球形爆炸不会改变恒星中的平衡质量分布,以此发射引力波,伽马射线爆发持续几十秒,所以频率非常小,一般情况低于LIGO敏感的频段。另一方面,茧是不对称的,而且能量很高,研究人员说,这应该意味着LIGO会发现它们,而且它们有可能提供引力波起源的额外信息。
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