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10亿年前,黑洞和中子星上演宇宙大碰撞,今天终于被人类观测到

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致密星是宇宙中最诡异、最极端的天体,它们的存在会对周围的空间产生巨大的影响。当它们碰撞在一起时,一场可怕的宇宙灾难势必上演。致密星分为白矮星、中子星和黑洞三种。白矮星看起来最“不起眼”,但也相当恐怖,每立方厘米的质量超过1吨。中子星就更夸张了,每立方厘米甚至可以达到亿吨以上。至于黑洞,如果单纯看奇点,密度是无穷大的。

(图片说明:中子星-黑洞双星假想图)

那么,如果黑洞和中子星这两个最可怕的致密星相遇,会发生什么?我们知道这样的宇宙碰撞肯定会在某个地方发生,但我们的观测能力仍然不足,无法发现它们。现在,科学家们终于证实,它来自黑洞和中子星的剧烈碰撞。它们的碰撞激起巨大的时空涟漪,直到10亿年后的今天,它们仍然能够在宇宙中传播,最终被我们发现。这种时空涟漪就是我们用来发现它的工具——引力波。

(图片说明:引力波示意图)

引力波是一百多年前爱因斯坦广义相对论预言的一种现象,但直到一百多年后,人类才掌握了证明和探测重力波技术。2016年2月11日,科学家宣布,他们于2015年正式利用引力波观测到双黑洞碰撞,验证了爱因斯坦的百年预言,为人类探索宇宙提供了新工具。没有强大的观测设备,科学家是无法发现引力波的。这一历史性突破得益于美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利处女座干涉仪(Virgo)这两个天文台的帮助。

(图片说明:双黑洞碰撞可产生引力波)

这一发现可以说为人类天文学打开了一扇新的大门。在接下来的五年里,科学家们观测到了近50次引力波事件,包括双黑洞碰撞、双中子星碰撞,甚至还有双白矮星碰撞。奇怪的是,从未检测到中子星和黑洞的碰撞——NSBH双星。从理论上讲,黑洞和中子星的碰撞也可以通过引力波探测到。但这样的事件一直都是一张白纸,科学家们很是苦恼。不过,这个困惑最近终于得到了完美的解决。科学家们终于在历史上首次观测到了NSBH双星碰撞事件,并且同时发现了两颗,正式填补了这一空白!

(图片说明:NSBH双星艺术图)

来自澳大利亚莫纳什大学ARC引力波卓越发现中心的天体物理学家RorySmith兴奋地说:“这是引力波天文学的一个新领域,一个伟大的里程碑!中子星与黑洞的并合是宇宙中最极端的现象之一。对这一碰撞事件的观察可以打开理解基础物理学以及恒星诞生、存在和死亡的大门。”

据报道,这两次NSBH双星碰撞事件分别命名为GW200105和GW200115,其中GW是英文gravitywave的首字母缩写,后面的数字代表发现时间。可以看出,引力波的两次发现仅相隔10天,可以说几乎是同时发现的。一个空白的领域,一下子有两个发现,真是幸运。

(图片说明:中子星与黑洞之间的自转)

国际LIGO、Virgo和Kagra合作组织的研究人员表示:“2020年1月,LIGO-Virgo探测器网络在灵敏的地球上观测到了引力波两组致密双星的信号,符合中子星-黑洞双星的特征,这意味着无论采用何种方法,我们都获得了发现NSBH双星的第一个确凿证据。

同时,他们进一步介绍了两次引力波事件的一些细节——

  • GW200105:2020年1月5日观测到的黑洞质量约为太阳的8.9倍,中子星的质量是太阳的1.9倍。它们位于距离地球9亿光年的地方,这意味着两者在9亿年前就发生了碰撞,产生的引力波已经被今天的人类通过漫长的岁月和太空捕捉到了;

  • GW200115:比前者更古老,产生于10亿年前,黑洞的质量是太阳的6倍,中子星的质量是太阳的1.5倍。

(图片说明:中子星坠向黑洞)

通过质量,我们可以判断这两个天体的身份——超过奥本海默极限的是黑洞,是恒星黑洞;质量较小的天体也在钱德拉塞卡极限之上,因此可以判断其身份为中子星。两者的合并也可以说是黑洞无情的吞噬了中子星,强化了自己,变成了更大的黑洞。

澳大利亚国立大学天体物理学家SusanScott说:“这两次碰撞从核心震动了整个宇宙,并在宇宙中掀起了涟漪,最终被我们探测到了。每一次碰撞,都不仅仅是因为就像两个巨大而致密的天体本身一样简单,就像吃豆人游戏一样,黑洞会吞噬周围的中子星。”

(图片说明:黑洞吞噬中子星)

通过这两个发现,科学家们终于证实了几十年前推测的中子星-黑洞双星系统的存在,这是天文观测的一个突破。美国西北大学引力波天文学家菲什巴赫指出:“我们现在终于看到了黑洞和中子星的合并,让我们知道它们是真实存在的。”未知。菲什巴赫继续说道:“然而,有关于中子星和黑洞,还有很多我们不了解的事情,例如它们可以变小或变大,它们可以旋转多快,如何形成一对并合并成一个,等等。未来,我们将通过引力波的数据,用统计数据来回答这些问题,最终了解我们宇宙中最极端的天体是如何形成的。”

(图片说明:爱因斯坦)

I不得不说爱因斯坦确实很伟大,他的广义相对论引导我们认识宇宙已经一百多年了,而且还会持续更长的时间。直到今天,广义相对论的一些预言仍然是错误的。

说到这里,我想起燕山大学教授说爱因斯坦和广义相对论是错误的,广义相对论是“科学健康发展的一大障碍”的言论。今天,当现在的观察和研究已经很好地验证了广义相对论的时候,我也很好奇这位教授是如何“推翻”相对论的……

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