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美欧通过引力波观测到黑洞与神秘天体的碰撞

2020年07月15日 海洋宇宙

美欧的研究团队宣布,通过引力波观测设施捕捉到了黑洞与不明天体发生碰撞的情景。不明天体可能是观测史上重量最轻的黑洞,也可能是最重的中子星。

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黑洞与不明天体碰撞的示意图(LIGO、美国加州理工学院、美国麻省理工学院、R. Hurt提供)

美国的观测设施“LIGO”和欧洲的观测设施“VIRGO”均于去年8月14日观测到了来自距地球约8亿光年之外的引力波。据上述两个研究团队的报告,该引力波是随着两个天体的碰撞而产生的,一个是质量约为太阳23倍的黑洞,另一个是质量约为太阳2.6倍的天体。碰撞形成了质量约为太阳25倍的黑洞,部分质量变成引力波扩散到了太空中。

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VIRGO团队提供的碰撞示意图

质量为太阳8倍以上的恒星会在寿命的最后阶段发生大爆炸,体积相对较大的恒星会在自身的引力作用下塌陷,在巨大的引力之下,成为连光也无法逃脱的天体——黑洞。体积较小的恒星则变成主要成分为中子(构成原子核的粒子之一)的天体——中子星。此前一直未观测到处于二者中间的、质量约为太阳2.5~5倍的天体,研究人员称之为“质量间隙”。此次捕捉到的天体就存在于该边界区域,科学家们尚不清楚具体是什么样的天体。

LIGO团队的美国西北大学教授Vicky Carogera表示:“虽然还不清楚究竟是最重的中子星,还是最轻的黑洞,但无论是什么这一发现都刷新了记录”。美国威斯康星大学密尔沃基分校教授帕特里克·布雷迪表示:“可能会影响有关中子星和黑洞的理论。目前也许观测能力还有限,今后还需要花时间继续观测”。

引力波是有质量的物体引起的时空弯曲的涟漪,通过物体以光速向周围传播。引力波是基于爱因斯坦的广义相对论提出的,2015年LIGO首次成功观测到引力波,并因此获得了2017年的诺贝尔物理学奖。

观测来自太空的引力波,能捕捉到利用光、电波和X射线等电磁波观测无法掌握的现象,有助于推动天文学和天体物理学的发展。继美欧之后,日本也在岐阜县飞騨市建设了大型引力波观测设施“KAGRA”,并从2020年2月开始正式进行观测。

相关链接
LIGO新闻发布“LIGO-Virgo Finds Mystery Object in‘Mass Gap’
VIRGO新闻发布“VIRGO AND LIGO SPOT A MYSTERY OBJECT MERGING WITH A BLACK HOLE

日语发布原文

日文:JST Science Portal编辑部
中文:JST 客观日本编辑部

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