在近期的天文事件中,没有什么比引力波研究更引人注目了,今年的诺贝尔物理学奖刚刚颁给了三位引力波研究的科学家,然而事情刚过去不过十来天,引力波研究方面又传来大喜讯!就是北京时间10月16日22时,激光干涉引力波天文台(LIGO)和处女座(Virgo)引力波探测器合作组织联合召开发布会,宣布人类又一次探测到了来自宇宙深处的引力波!这已经是人类第5次探测到引力波,但是这次的引力波与之前4个信号不同,这次探测到的引力波信号GW170817来自1.3亿光年外两颗中子星的并合,而且这也是全球多地科学家第一次同时观测到引力波与其电磁对应体。

引力波被发现的原理(引力波和伽马射线暴都以光速传播)(1)

这次引力波事件发生在今年的8月17日,当时LIGO与Virgo的三台探测器接收到引力波信号GW170817。这也是人类迄今观测到强度最强的引力波信号,比第一次观测到的双黑洞引力波信号要强得多。虽然中子星合并引力波与之前的双黑洞绕转产生的引力波信号非常类似,但它的持续时间更长。据说"探测器中GW170817信号持续时间超过1分钟,而之前的双黑洞并合引力波信号只有1秒左右。"

但让人感到奇怪的是,LIGO与Virgo的三台探测器在探测到引力波信号GW170817之后的1.7秒,正在太空中巡逻观察的美国国家航空航天局(NASA)的费米卫星探测到了一个伽马射线暴GRB170817A,这个伽马射线暴和这次引力波都是发源于这次的两个中子星合并事件,但是在时间上的差别又说明伽马射线暴比引力波的到达晚了1.7秒钟,爱因斯坦曾预言引力波的速度是光速,实际观测它也确实和光速一致,而伽马射线暴是一种强光爆发事件,可以说本身就是一种光,那么这两者应该是同时到达的,为什么会差了1.7秒呢?可能很多人看到这个差别之后,都会有这样的疑问。

引力波被发现的原理(引力波和伽马射线暴都以光速传播)(2)

推论有两种可能,第一种可能就是引力波不用等到两个中子星相撞就能被探测器测到,因为当这两颗中子星快速绕转的时候,就能激发出强大的“时空涟漪”,发布会上对这次事件的模拟也说明了这一点,说是在这两个中子星合并前的一百秒钟时,它们之间的距离只有400公里,互相绕转的速度达到了每秒钟12圈,要知道中子星都是比太阳的质量还大的天体,而太阳的质量相当于地球的33万倍,所以这两颗中子星的质量可能相当于近百万个地球,质量这么大的星球以这么快的速度互相绕转,当然是可以发出强大的引力波长距离地横扫时空的,但是即便如此,地球上的探测器也还没有测到,直到这两者合并前的至少1.7秒钟,才测到了它发出的强大引力波,预估这个时候两颗中子星的距离顶多也就几十公里,互相绕转的速度者则可能加速到每秒钟几十上百圈,过程在进行了1.7秒左右之后,最终由于强大的引力而合并为一体,从而迸发出了强烈的伽马射线暴。

引力波被发现的原理(引力波和伽马射线暴都以光速传播)(3)

引力波与伽马射线暴速度不一致的原因,上述的可能性相对较大一些,另外一种较小的可能则是由于光的传播受到宇宙中物质的影响较大,因为宇宙中并不是真正的真空,恒星、星云、星际尘埃、暗物质,都会对光的速度和距离(有些物质和引力场会使光产生折射,从而改变方向和距离)产生影响,但是引力波却受这些事物的影响较小,所以引力波先到达了,而伽马射线暴则晚了一点点。

引力波被发现的原理(引力波和伽马射线暴都以光速传播)(4)

科学家们认为,这次中子星合并产生的引力波同时还能产生电磁波,而且这一过程还可以早就很多重金属,合并后的中子星大概为2.47个太阳质量,但在合并之前的两颗中子星,则要比合并之后大一些,因为这个合并的过程中两颗中子星都损失了一部分质量,这些质量一部分有可能被急速的旋转撞击甩到了宇宙空间中,另一部分则转化成了引力波和伽马射线暴的能量,在广阔的宇宙空间中传播开来。

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