1. 首页
  2. 宇宙探索

LIGO再次检测到引力波:发现迄今质量最小黑洞

据美国太空网北京时间11月21日报道,有许多“巨兽”正隐藏在茫茫宇宙的黑暗深处,而天文学家们正试图接收它们的信号。这其中就包括一对黑洞,每个质量大概为太阳质量的5倍到数十倍,这两个黑洞相互碰撞后,最终形成一个质量更大的黑洞。

LIGO再次检测到引力波:发现迄今质量最小黑洞

截止2017年11月17日,5次引力波信号探测结果中涉及的黑洞质量大小

上周,“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目科学家宣布,他们今年早些时候再次检测到黑洞合并过程中发出的引力波信号,这已经是2015年以来LIGO第五次发现此类信号,而且还是来自于迄今LIGO探测到的质量最小的黑洞。美国西北大学博士生、LIGO项目组成员伊芙·切斯(Eve Chase)对太空网表示:“我们正在以一种前所未有的方式认识黑洞。”

时空涟漪

LIGO是用于探测引力波的专门设备,而引力波是空间中的涟漪。美国著名物理学家爱因斯坦曾指出,时间与空间之间紧密联系,共同形成一张被称之为“时空”的网络。那些质量极大的物体,比如恒星和行星,会造成周围的时空网络弯曲,而引力波正是这些大质量天体做快速运动时产生的时空扰动。

2015年9月14日,即爱因斯坦首次预言引力波存在逾100年后,LIGO项目组首次探测到引力波信号,并于2016年2月公诸于众。随着两个黑洞的距离越来越近,它们相互绕转的速度会越来越快,最终发生碰撞,形成引力波这种时空涟漪。迄今LIGO探测到的所有5次黑洞合并事件,都涉及所谓的“恒星级”黑洞,这些黑洞的质量大概是太阳质量的5-100倍之间。

切斯表示:“我们已经发现了5个不同的小黑洞家族,每个都有其不同之处。每一次的探测结果都有存在差异,有些黑客家族会发出很大的声音,有些距离地球非常遥远,有些质量很小,而在一些情况下,两个黑洞的质量几乎一样。”

在LIGO于2015年首次探测到引力波信号之前,研究人员主要通过黑洞对星光的弯曲效应,以及围绕黑洞运行的物质产生的影响来间接推断一些恒星级黑洞的性质。通常情况下,借助X射线探测找到的恒星级黑洞的质量大概为太阳的10~20倍,但LIGO探测到的一些黑洞质量则要大得多,这对天文学家来说是一个意外情况。

但LIGO项目组在上周宣布,在今年的6月8日,他们探测到两个黑洞的合并事件,而且本次事件中涉及的黑洞质量很小,是迄今5个案例中最小的,质量大概为太阳质量的7-12倍。据切斯介绍,这次合并事件还产生了一个质量为太阳质量18倍的黑洞,在此过程中还有一部分质量流失,极有可能是LIGO历史上探测到的质量最小的合并后形成的黑洞。LIGO此前在2015年12月26日发现的合并事件中涉及的黑洞质量与本次事件极为类似。

切斯对太空网表示:“在这次事件中,黑洞的质量让我们大吃一惊。6月8日事件中探测到的黑洞质量,与之前在X射线波段探测中发现的黑洞极为相似,让我们得以将两种不同的黑洞联系起来。”切斯领导实施了对这次黑洞合并事件的分析工作。

双黑洞系统

LIGO正快速发现越来越多的黑洞,相信不久以后,它找到的黑洞就将与光学波段找到的黑洞数量一样多。此外,LIGO现在还有了合作伙伴:在今年的8月份,欧洲建造的“室女座”引力波天文台开始在意大利境内投入运行,当月这两台探测器就完成了两次联合信号探测活动,分别是在8月14日探测到的一次黑洞合并事件,以及在8月17日探测到的首次中子星合并事件。

切斯表示:“我们将会发现大量双黑洞系统,而现在只是开始。这些双星系统既可以单独形成,也可以在一些比较拥挤的环境下形成,比如在密度较大的星群或星团内部。在密集环境下产生的天体,随后被踢出去的情况要比单独条件下形成的几率高很多,这种历史会在它们的轨道和绕转中留下痕迹。一旦我们借助LIGO和‘室女座’设备探测到大概100个双黑洞,我们到时候或许就可以开始估算这两种情况发生的比例关系了。”

LIGO项目科学家现在就像野生动物学家发现野外环境中的罕见物种一样,必须仔细开展研究,试图发现各个黑洞身上的共性和个性。切斯表示:“由于目前我们只探测到5次黑洞合并过程中发出的引力波信号,我们还不能据此得出任何结论,但我们正朝着揭开双黑洞系统成因之谜的道路上前进。”

但切斯也表示,天文学家将用迄今为止所取得的探测数据,尝试估算出银河系内部究竟潜藏着多少恒星质量的双黑洞系统,而每一次天文新发现都将有助于天文学家不断完善他们的估算结果。LIGO目前正在经历新一轮升级,本次升级将进一步提升设备的灵敏度,进而扩大其搜索引力波的范围。LIGO在2018年秋季将再次展开探测工作。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注