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爱因斯坦又对了在19亿光年外的黑洞兼并中发现高次谐波引力波

2020-04-22 02:06:05  阅读:3880 来源:腾讯生活 作者:责任编辑NO。许安怡0216

引力波研讨界的希望现已完成:引力波的发现,现在渐渐的变成了这些科学家们日常作业的一部分,因为在曩昔的观测中,发现了大约每周一次的O3新引力波候选者。但现在,研讨人员发现了一个不同于以往任何一个信号的明显信号:GW190412是O3初次观测到的双星黑洞兼并,其间两个黑洞的质量天壤之别,大约是太阳的8倍和30倍。

这不只使体系的天体物理性质有了更准确丈量,并且也使LIGO/室女座的科学家们:能够验证爱因斯坦广义相对论到现在为止还没有通过测验的猜测。马克斯·普朗克引力物理研讨所(阿尔伯特·爱因斯坦研讨所;AEI)独立马克斯·普朗克研讨小组“双星兼并观测与数值相对论”的负责人Frank Ohme说:这是咱们第一次在GW190412中‘听到’清晰无误的高次谐波引力波嗡嗡声,相似于乐器的泛音。

证明广义相对论的猜测

在像GW190412这样质量不等的双星黑洞体系中,这是第一次调查到这种类型:引力波信号中的这些泛音,比一般观测到的要大得多。这便是怎么回事曾经听不到它们的原因,但在GW190412中,总算能够听到了。这次观测再次证明了爱因斯坦的广义相对论,广义相对论预言了这些高次谐波的存在,也便是说,引力波的频率是现在观测到基频的两到三倍。

波茨坦阿尔伯特·爱因斯坦研讨所“天体物理和国际相对论”系的博士生罗伯托·科特斯塔(Roberto Cotesta)说:坐落GW190412中心黑洞的质量分别是太阳的8倍和30倍,这是调查到第一个两个黑洞质量相差如此之大的双星黑洞体系!这种巨大的质量差异,意味着能够更准确地丈量该体系的几个特点:它到地球的间隔、咱们看它的视点,以及重黑洞绕其轴旋转的速度有多快。

史无前例的信号

2019年4月12日,LIGO探测器和室女座探测器都观测到了GW190412,也便是探测器第三次观测运转O3的前期。剖析显现,兼并发生在间隔地球19亿至29亿光年的当地。这个新的不等质量体系是一个共同发现,因为LIGO和室女座探测器之前观测到的一切双星黑洞,都由两个大致持平的质量组成。不持平的质量在引力波信号上留下了印记,这反过来又使科学家能够更准确地丈量该体系的某些天体物理性质。

高次谐波的存在,使得打破到体系的间隔和调查其轨迹平面视点之间的含糊性成为或许;因而,这些性质能够比没有高次谐波的等质量体系以更高的精度被丈量。波茨坦阿尔伯特·爱因斯坦研讨所“天体物理和国际相对论”部分主任、马里兰大学学院公园教授亚历山德拉·布南诺(Alessandra Buonanno)说:在O1和O2期间,研讨人员调查到了由恒星质量黑洞组成双星集体的冰山一角。

因为灵敏度的前进,GW190412渐渐的开端提醒了愈加多样化的体系,其特征是质量不对称高达4倍,黑洞的自转速度约为广义相对论答应最大值的40%。阿尔伯特·爱因斯坦研讨所的研讨人员对检测和剖析GW190412做出了奉献,并供给了来自兼并黑洞引力波的准确模型,其间初次包含了黑洞自旋的进动和超出主导四极杆的多极矩。那些印在引力波波形上的特征,关于提取有关信号源特性的共同信息和进行广义相对论测验至关重要。

查验爱因斯坦的理论

LIGO/室女座的科学家,还运用GW190412来寻觅信号与爱因斯坦广义相对论猜测的误差。虽然该信号具有与迄今发现的一切其他信号不同的性质,但研讨人员无法发现与广义相对论猜测有明显差异。

改善国际探测器网络

这是国际引力波探测器网络第三次观测(O3)中的第2次发现,三个大型探测器的科学家现已对仪器进行了几回技能晋级。阿尔伯特·爱因斯坦研讨所所长、汉诺威莱布尼茨大学引力物理研讨所所长卡尔斯滕·丹兹曼(Karsten Danzmann)说:在O3期间,紧缩光被用来前进LIGO和室女座的灵敏度。这种细心调理激光量子力学特性的技能,是德国-英国探测器GEO600首先选用的。

AEI正在领导国际范围内最大极限地前进揉捏程度的尽力,这现已将GEO600探测器的灵敏度前进了两倍。并且在这项技能方面的前进,将使一切未来的引力波探测器获益。探测器网络现已对O3中或许发生的56个引力波事情(候选事情)宣布警报。在这56个信号中,另一个承认信号GW190425现已发布。LIGO和室女座的科学家,正在查看一切剩下的54个候选者,并将发布一切具体后续剖析承认其天体物理来源的候选者。

对GW190412的观测意味着,相似的双星黑洞体系,或许并不像一些模型猜测的那样稀有。因而,跟着未来更多引力波观测和不断增加的事情目录,估计会有更多这样的信号。其间每一个都能够在必定程度上协助天文学家更好地了解黑洞及其双星体系是怎么构成的,并为时空的根本物理供给新头绪。

博科园|研讨/来自:马克斯·普朗克学会

参阅期刊《arXiv》

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