最奥秘的引力波信号,能够证实霍金半世纪前的理论?

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图为两中子星并相符的数值模拟的快照。能够看到,在强烈爆炸发生的前一刻,星体受到了潮汐力的拉伸。(图片来源:CoRe/Jena FSU)

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自从美国激光干涉引力波天文台(LIGO)在2015年始次直接探测到引力波以来,引力波已经成为天文学界最炎门的话题之一。清淡情况下,钻研人员能够经历这栽由黑洞并相符产生的时空悠扬来钻研该过程的内部机制。不过,LIGO探测到的引力波还能够源于其他天体碰撞事件,比如双中子星并相符等等。所以,未必LIGO的探测终局会让天文学家们感到疑心。云云的疑心在往年4月不都雅测到的一次引力波事件中达到峰值。这次编号GW190425的引力波事件的来源引发了极大的争吵,直到比来,它才被归因于双中子星并相符。但是,这个结论照样无法令一切天文学家钦佩。

引发争吵的要点在于,LIGO的不都雅测数据表现,这对中子星的质量超出预期——其总质量约为太阳的3.4倍,比已知最大的双中子星体系还要重0.5个太阳质量。美国宾夕法尼亚州立大学的天文学家查德·汉纳(Chad Hanna)云云评价道:“这是已知最重的中子星,其质量超乎想象。”

这个变态的质量使一些科学家产生了疑心,他们认为GW190425能够不是由双中子星的并相符产生的,而是来自另一栽更加奇怪的事件——两个原初黑洞(primordial black hole, PBH)的并相符。黑物质是遍布宇宙的某栽不走见物质,它能够占有了宇宙总质量的23%。而原初黑洞被视为注释黑物质的候选者之一。一栽理论认为,在大爆炸后很短的时间内,宇宙中的密度涨落形成了这栽最迂腐的黑洞,它们不息存在至今,并且能够注释比来LIGO不都雅测中发现的质量变态。

大约半个世纪前,宇宙学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)挑出,原初黑洞能够形成于物质专门致密的宇宙婴儿期。此后,这个理论在天文学家和宇宙学家中引发了普及的商议。直至今日 ,由于不息欠缺原初黑洞存在的直接证据,许众科学家仅在迫不得已的情况下才会考虑这一倘若。不过,原初黑洞实在存在,并且在宇宙中普及分布的能够性照样不及倾轧。

科学家将原初黑洞视为黑物质紧张候选者的因为有很众,但最紧张的一点在于,它们无法被直接不都雅测到,同时拥有重大的引力,这相符吾们对黑物质的请求。尽管如此,汉纳照样外示,倘若原初黑洞的数目真的众到足以注释宇宙中一切黑物质,那么以前天文学家对原初黑洞的搜寻就不该该一无所获。所以,他增增道,即使原初黑洞真的存在,它们也只能组成黑物质的一幼片面。

也有人持差别的不都雅点。西班牙马德里自治大学的理论宇宙学家胡安·加西亚-贝利众(Juan García-Bellido)认为:“原初黑洞也许照样足以组成一切的黑物质。”他随后增增道,这栽迂腐的天体能够具有一系列差别的质量,而不是某个固定值。倘若原初黑洞的质量分布在一个重大的四周之中,例如从太阳质量的几千分之一到十亿倍,那么它们就有能够组成宇宙中通盘的黑物质,却仍未被吾们发现。他外示:“现在发外的那些否认原初黑洞组成黑物质的钻研存在一个共同的题目,那就是认为一切原初黑洞的质量都相通,并且在空间中均匀分布。”倘若原初黑洞存在如此大的质量迥异,那么它们必须严密地成群分布,新闻中心云云才干发生碰撞和并相符,从而变得更大。

由于理论认为原初黑洞是在大爆炸后很短的一段时间内形成的,所以它们最初答当很简单发生接触。毕竟相比现在这个膨大了近140亿年的宇宙,早期的宇宙空间答当幼很众,所以原初黑洞发生碰撞的能够性也更大。所以,LIGO团队的成员之一,纽约弗拉迪朗钻研所的天文学家卡特琳娜·哈奇约安奴(Katerina Chatziioannou)认为,尽管不都雅测到的引力波实在能够源于原初黑洞的并相符,但这栽事件发生的能够性微乎其微。她同样是立即发外于《天体物理学杂志快报》(Astrophysical Journal Letters)的一篇文章的共同作者,该文中将GW190425不都雅测事件归由于中子星碰撞。

往年4月,在LIGO探测到GW190425号引力波后,全世界的看远镜都开起搜寻与之有关的电磁辐射信号——这也是双中子星碰撞事件的典型标志,然而天空照样一片阴郁。哈奇约安奴外示:“倘若是两个原初黑洞发生了并相符的话,实在不会有任何光显现。”尽管如此,她照样增增道,异国探测到光线也不及倾轧中子星并相符的能够性。大质量中子星的并相符过程能够很镇静,由于它们相撞后能够敏捷产生了黑洞,而没来得及开释光芒。另一栽能够是,这一并相符事件发生的位置在地面看远镜的探测四周之外,例如在太阳后面的区域。她说:“有很益的理由能够注释,为什么吾们没不都雅测到光。”

这项不都雅测终局其实只能行为一栽诱人的线索,黑示原初黑洞有能够存在,并且其中两个正益在黑黑的宇宙中团聚了。倘若异日能够发现一对黑洞,并且它们的质量都比太阳还幼的话,这一推想才干真切得到表明。汉纳说:“倘若你发现了一个质量比太阳还幼的黑洞,那么起码以现有的天文学理论来说,除了原初黑洞理论之外,吾们异国其他能够注释其成因的机制。”对此,加西亚-贝利众也持有相通的看法:“倘若能发现质量幼于太阳,或高出(太阳)50倍的黑洞,那么吾们就有实在证据了。”

尽管这也许是吾们第一次探测到原初黑洞,但汉纳和哈奇约安奴都认为LIGO这次的不都雅测终局更有能够仅来源于超重的中子星。毕竟,现在已经有理论能够注释质量如此大的中子星是如何形成的,并且其形成过程并不必要倚赖于某栽巧相符事件的发生。哈奇约安奴外示:“相比之下,(这一引力波事件源于)原初黑洞的能够性远远幼于超出已知质量的中子星的能够性。并不是说它十足不能够,只是能够性很幼。”

不过,尽管汉纳等钻研者都认为GW190425不太能够源于原初黑洞的并相符,加西亚-贝利众照样对这一理论保持着笑不都雅的态度:“一切LIGO的不都雅测事件都有能够源于原初黑洞。”也许只未必间和更众的不都雅测数据,才干通知吾们答案吧。

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posted @ 20-02-11 09:48  作者:admin  阅读量:

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