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探测引力波的来龙去脉:只有约0.2%的概率这是只是巧合

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发表于 2016-4-22 19:27:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

2015年9月14日,一束在宇宙中穿行近十亿年的能量波悄悄扰乱了地球附近的时空,位于华盛顿洲的汉福德以及路易斯安那州的利文斯顿的激光干涉引力波天文台(LIGO)观测到两个黑洞正相互合并。这一发现为科学家们研究宇宙的原理开启了新大门。不到半秒钟,NASA的费米伽玛射线空间望远镜上的伽玛射线爆发监测器在同一个区域捕捉到一束高能量光的爆发。计算分析表明,只有约0.2%的概率这是只是巧合。
众所周知,黑洞会完全吞噬一切,此次在黑洞碰撞合并中发现伽玛射线无疑是里程碑式的。但如果就此要改写对宇宙的认知,还需要更多事实来证明。如果能在引力波源头检测到光线,将有助于更好解释这一现象。GBM对所有未被地球遮挡的能量为八千至四千万电子伏(eV)的光线进行了监测(可见光的能量约为2-3eV)。对于能量幅度及涉及范围如此之广的监测,而伽玛射线爆发(GRBs)持续时间不到2秒,GBM无疑是探测的首选。
通常认为当环绕致密天体轨道运行的时候会爆发伽玛射线,例如中子星与黑洞相互向内轨道盘旋靠拢,最终碰撞爆炸时,便会爆发伽玛射线。来自哈佛-史密森天体物理中心Lindy Blackburn表示,伽玛射线与引力波将揭示究竟是什么造成了GRB。两方机构探测到的伽玛射线都体现了爆发源的能量结构以及周围环境,同时引力波可以用来探测源头的力场情况。目前,引力波观测站只研究过些模糊的影像,不过,随着越来越多的机构参与研究,这一情况将会有所改善。
对于九月份的黑洞合并(命名为GW150914),LIGO的科学家们究其源头只能追溯到一个大约600平方度的弧形区域,类似于地球上美国的角域。GBM成员Eric Burns表示,“要侦测如此快速而微弱的GRB无疑是大海捞针,不过对我们的设备来说不是问题。GBM能极大程度上缩小LIGO给出的范围。”LIGO探测到引力波之后不到半秒钟,GBM便捕捉到一束微弱、转瞬即逝的高能量X射线脉冲波。
爆发发生在费米望远镜下方,GBM监测器的高角度方向,这使得它们无法监测到准确位置。幸运的是,当费米望远镜发现爆发的时候,地球遮挡了很大一块可能是源头的方形地带,进一步缩小了可能范围。射线爆发与黑洞合并相距极近,几乎不可能只是随机的能量波动。假设两者相关,综合考虑GBM监测器所处的位置与费米望远镜观察地球的视角,将爆发源的可能范围缩小至200平方度。如果爆发发生在GBM探测器易于监测到的地方,或者足够明亮能被费米望远镜捕捉到,研究将取得更大的进展。
这次现象是由于两个质量大约是太阳30倍的黑洞相互碰撞合并产生的。如此大质量的黑洞双星系统十分罕见,关于此类系统的本质与起源更是知之甚少。黑洞的合并通常不会发出明显的X射线或者伽玛射线信号,因为光线的产生通常与轨道气体有关,而理论上,双黑洞周围的任何气体早在最终碰撞之前都会消失殆尽。因此,一些天文学家们认为GBM监测到的射线爆发只是机缘巧合,与GW150914事件无关。另一些人则认为当黑洞碰撞合并时,会产生可观测到的伽玛射线。究竟事实如何,还有待进一步观测研究。

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