观察发现垂死的恒星的"茧"是引力波的潜在新来源

观察发现垂死的恒星的"茧"是引力波的潜在新来源引力波是不可见的，但速度惊人的时空涟漪，由空间中一些最猛烈、能量最大的过程引起。引力波以光速传播，挤压和拉伸它们经过的任何东西。美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）是专门为探测引力波而设计的。像意大利的Virgo干涉仪和日本的神冈引力波探测器（KAGRA）一样，LIGO允许科学家使用他们收集的信息来分析我们的宇宙。到目前为止，引力波是从双星系统中观察到的，即两个天体--如黑洞或中子星--距离足够近，它们的引力吸引导致它们相互绕行。现在，伊利诺伊州西北大学的研究人员说，我们可以测量来自一个单一的非双星源的引力波：垂死的大质量恒星周围的碎片"茧"。"截至目前，LIGO只探测到来自双星系统的引力波，但有一天它将探测到第一个非双星引力波源，"该研究的主要作者OreGottlieb说。"这种茧是我们应该首先寻找这种类型的来源的地方之一。"一个核心坍缩超新星是一个经历了引力坍缩的大质量恒星，处于生命的最后阶段。它的坍缩与长时间的伽马射线暴有关，它以高能射流的形式出现，当它们被挤出恒星时，会导致恒星物质形成一个沙漏状的茧。戈特利布说："喷流从恒星内部深处开始，然后钻出它的方式来逃脱，这就像你在墙上钻一个洞。旋转的钻头撞到墙上，碎片从墙上溢出。钻头给了这种物质能量。同样地，喷气机冲破了恒星，导致恒星的物质升温并溢出。这些碎片形成了茧的热层"。研究人员使用模拟方法来模拟一颗大质量恒星的坍缩，从恒星坍缩成黑洞开始，直到射流逸出。他们首次证明，一个茧可以发出可探测的引力波。研究人员说，这比从伽马射线暴或超新星中寻找引力波要好，后者发生的频率LIGO可能无法探测到。"超新星是相当球形和对称的，所以球形爆炸不会改变恒星中的平衡质量分布来发射引力波，"戈特利布说。"伽马射线爆发持续几十秒，所以频率非常小--低于LIGO敏感的频段。"另一方面，茧是不对称的，而且能量很高，研究人员说，这应该意味着LIGO会捡到它们。而且它们有可能提供额外的信息。戈特利布说："我们的研究是向社会发出的行动号召，将茧作为引力波的一个来源来看待。我们也知道茧会发出电磁辐射，所以它们可能是多信使事件。通过研究它们，我们可以更多地了解在恒星的最内部发生了什么，喷射器的属性以及它们在恒星爆炸中的普遍性。"这项研究发表在《ArXiv》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363797.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363797.htm

美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）今年2月报告首次直接探测到了广义相对论预言的引力波，产生引力波的天体被认为是两个彼此靠近的

美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）今年2月报告首次直接探测到了广义相对论预言的引力波，产生引力波的天体被认为是两个彼此靠近的黑洞。上周，一组研究人员在《PhysicalReviewLetters》上发表论文，探讨了LIGO可能探测到暗物质的可能性，而暗物质可能就是黑洞。暗物质不产生电磁波，无法直接观察到，在构成暗物质的可能天体和物质中，黑洞并不是主要的候选。如果黑洞构成了暗物质，那么它们也必须是原始黑洞——宇宙早期物质稠密的情况下形成的黑洞。当LIGO探测到两个正在合并的黑洞，科学家一开始认为这是极其幸运的事件。但黑洞的合并在宇宙中究竟是罕见还是很常见？研究人员估计黑洞的合并事件每年每吉秒差距空间内可能发生2到53次。他们认为，如果原始黑洞存在，它们在空间的分布类似暗物质，而LIGO观察到暗物质的可能性不能被立即排除。http://arstechnica.com/science/2016/05/machos-make-a-return-with-gravitational-wave-discovery/

研究人员用更快的引力波探测技术揭示宇宙奥秘 反应时间仅需30秒

研究人员用更快的引力波探测技术揭示宇宙奥秘反应时间仅需30秒这项研究的目标是在探测到中子星和黑洞后30秒内向天文学家和天体物理学家发出警报，帮助人们更好地了解中子星和黑洞，以及包括金和铀在内的重元素是如何产生的。这些研究成果最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，这是一份经同行评审、开放获取的科学杂志。引力波与时空的相互作用是在一个方向上压缩时空，而在垂直方向上拉伸时空。这就是为什么目前最先进的引力波探测器是L型的，并使用干涉测量法测量激光的相对长度，干涉测量法是一种观察两个光源结合产生的干涉图案的测量方法。探测引力波需要精确测量激光的长度：相当于测量距离最近的恒星（约四光年）的距离，精确到一根头发丝的宽度。该图显示了研究人员发出警报所需的时间，平均不到30秒。图片来源：安德鲁-托伊沃宁这项研究是全球引力波干涉仪网络LIGO-Virgo-KAGRA(LVK)协作的一部分。在最新的模拟活动中，使用了以前观测时段的数据，并添加了模拟引力波信号，以显示软件和设备升级的性能。该软件可以检测信号的形状，跟踪信号的表现，并估计事件中包括哪些质量，如中子星或黑洞。中子星是已知存在的最小、密度最大的恒星，是大质量恒星在超新星中爆炸时形成的。一旦该软件探测到引力波信号，它就会向用户（通常包括天文学家或天体物理学家）发送警报，告知信号在天空中的位置。随着这一观测时段的升级，科学家们能够在探测到引力波后更快地发送警报，时间不超过30秒。"有了这个软件，我们就能探测到中子星碰撞产生的引力波，这种引力波通常太微弱，除非我们知道确切的观测位置，否则是无法看到的，"明尼苏达大学双城分校物理与天文学院博士生安德鲁-托伊沃宁（AndrewToivonen）说。"首先探测到引力波将有助于确定碰撞的位置，帮助天文学家和天体物理学家完成进一步的研究"。天文学家和天体物理学家可以利用这些信息来了解中子星的行为方式，研究中子星和黑洞碰撞时的核反应，以及包括金和铀在内的重元素是如何产生的。这是使用激光干涉仪引力波天文台（LIGO）进行的第四次观测，它将一直观测到2025年2月。在前三次观测期间，科学家们对信号的探测进行了改进。本次观测结束后，研究人员将继续查看数据并做出进一步改进，目标是更快地发出警报。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429366.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429366.htm

黑洞与黑暗的启示引力波提供暗物质构成的新线索

黑洞与黑暗的启示引力波提供暗物质构成的新线索从地球向大麦哲伦云观测到的黑洞引起的微透镜事件的艺术家印象图。位于大麦哲伦云的一颗背景恒星的光线被银河系光晕中的一个推定原始黑洞（透镜）弯曲，从地球上观测时被放大。微透镜导致背景恒星的亮度发生极具特征性的变化，从而可以确定透镜的质量和距离。图片来源：J.Skowron/OGLE。大麦哲伦云的背景图像：由KevinLoch使用ESA/Gaia数据库编写的bsrender生成。图片来源：J.Skowron/OGLE。大麦哲伦云的背景图片：由KevinLoch使用ESA/Gaia数据库编写的bsrender生成。研究结果发表在《自然》和《天体物理学杂志增刊系列》上的两篇文章中。这项研究是由华沙大学天文台OGLE（光学引力透镜实验）调查的科学家进行的。各种天文观测表明，我们可以看到或触摸到的普通物质只占宇宙总质量和总能量的5%。在银河系中，恒星中每一磅普通物质就对应15磅"暗物质"，它们不发射任何光，只通过引力相互作用。"暗物质的本质仍然是一个谜。大多数科学家认为它是由未知的基本粒子组成的，"两篇文章的第一作者、华沙大学天文台的PrzemekMróz博士说。"不幸的是，尽管经过数十年的努力，但没有任何实验（包括利用大型强子对撞机进行的实验）发现可能是暗物质的新粒子"。通过银河系光环看到的大质量天体对大麦哲伦云的预期微透镜事件与观测到的微透镜事件的对比。如果宇宙中的暗物质由推定的原始黑洞组成，那么在2001-2020年的OGLE勘测中将会探测到500多个微透镜事件。而实际上，OGLE项目只探测到了13次微光事件，很可能是由普通恒星引起的。图片来源：J.Skowron/OGLE。大麦哲伦云背景图片：由KevinLoch使用ESA/Gaia数据库编写的bsrender生成。图片来源：J.Skowron/OGLE。大麦哲伦云的背景图片：由KevinLoch使用ESA/Gaia数据库编写的bsrender生成。原始黑洞的奥秘和潜力自2015年首次探测到一对黑洞合并产生的引力波以来，LIGO和室女座实验已经探测到90多个此类事件。天文学家注意到，LIGO和室女座探测到的黑洞质量（20-100个太阳质量）通常比银河系中已知的黑洞质量（5-20个太阳质量）大得多。Mróz博士说："解释为什么这两个黑洞群如此不同，是现代天文学最大的谜团之一。"一种可能的解释是，LIGO和室女座探测器发现了可能在宇宙早期形成的原始黑洞群。50多年前，英国著名理论物理学家斯蒂芬-霍金（StephenHawking）首次提出了原始黑洞的存在，苏联物理学家雅科夫-泽尔多维奇（YakovZeldovich）也独立提出了这一观点。"我们知道，早期宇宙并不是理想的均质宇宙--微小的密度波动产生了现在的星系和星系团，"Mróz博士说。"类似的密度波动如果超过临界密度对比，就可能坍缩并形成黑洞。"自从首次探测到引力波以来，越来越多的科学家猜测，这种原始黑洞可能构成暗物质的重要部分，如果不是全部的话。大麦哲伦云被银河系光环中的大质量天体透镜化的艺术印象。图片来源：J.Skowron/OGLE利用微透镜技术探索暗物质幸运的是，这一假设可以通过天文观测得到验证。我们观测到银河系中存在大量暗物质。如果它是由黑洞组成的，我们就应该能够在我们的宇宙邻域中探测到它们。鉴于黑洞不会发出任何可探测到的光，这可能吗？根据爱因斯坦的广义相对论，光线可能会在大质量天体的引力场中发生弯曲和偏转，这种现象被称为引力微透镜。"当三个物体--地球上的观测者、光源和透镜--在太空中几乎理想地对齐时，就会发生微透镜现象，"OGLE勘测的首席研究员AndrzejUdalski教授说。"在微透镜事件中，光源的光线可能会发生偏转和放大，我们观测到光源的光线会暂时变亮。"变亮的持续时间取决于透镜天体的质量：质量越大，时间越长。太阳质量天体的微透镜事件通常会持续数周，而质量比太阳大100倍的黑洞的微透镜事件则会持续数年。利用引力微透镜研究暗物质的想法并不新鲜。20世纪80年代，波兰著名天体物理学家博赫丹-帕钦斯基首次提出了这一想法。他的想法激发了三大实验的启动：波兰的OGLE、美国的MACHO和法国的EROS。这些实验的首批结果表明，质量小于一个太阳质量的黑洞可能只占暗物质的不到10%。不过，这些观测对时间尺度极长的微透镜事件并不敏感，因此对大质量黑洞也不敏感，类似于最近用引力波探测器探测到的那些黑洞。智利拉斯坎帕纳斯天文台（由卡内基科学研究所运营）夜景。OGLE项目观测站以及大麦哲伦云和小麦哲伦云。图片来源：KrzysztofUlaczykOGLE的长期观察研究在《天体物理学杂志增刊系列》（AstrophysicalJournalSupplementSeries）的这篇新文章中，OGLE天文学家介绍了对位于附近一个名为大麦哲伦云的星系中的近8000万颗恒星进行的长达近20年的光度监测结果，以及对引力微透镜事件的搜索。所分析的数据是在2001年至2020年OGLE项目的第三和第四阶段收集的。Udalski教授说："这组数据提供了现代天文学史上对大麦哲伦云中恒星进行的时间最长、规模最大、最精确的测光观测。"第二篇文章发表在《自然》杂志上，讨论了这一发现的天体物理学后果。Mróz博士说："如果银河系中的所有暗物质都是由10个太阳质量的黑洞组成，那么我们本应探测到258个微透镜事件。对于100个太阳质量的黑洞，我们预计会有99个微透镜事件。1000个太阳质量的黑洞--27个微透镜事件。"相比之下，OGLE天文学家只发现了13个微透镜事件。他们的详细分析表明，所有这些事件都可以用银河系或大麦哲伦云本身的已知恒星群来解释，而不是用黑洞来解释。Mróz博士说："这表明大质量黑洞最多只能构成暗物质的百分之几。"详细计算表明，10个太阳质量的黑洞可能最多占暗物质的1.2%，100个太阳质量的黑洞占暗物质的3.0%，1000个太阳质量的黑洞占暗物质的11%。Udalski教授说："我们的观测结果表明，原始黑洞不可能占暗物质的很大一部分，同时也能解释LIGO和室女座观测到的黑洞合并率。"因此，LIGO和室女座探测到的大质量黑洞需要其他解释。根据一种假设，它们是大质量、低金属度恒星演化的产物。另一种可能是，在球状星团等高密度恒星环境中，质量较小的天体发生了合并。Udalski教授补充说："我们的研究成果在未来几十年内都会出现在天文学教科书中。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1436151.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1436151.htm

印度政府批准在其境内建造LIGO引力波探测器

印度政府批准在其境内建造LIGO引力波探测器印度政府将花费约3.2亿美元建造LIGO-India，预计将在本世纪末进行首次观测。加州理工学院LIGO实验室的执行主任DavidReitze说："在过去的几年里，我们非常努力地将LIGO探测器带到印度。从印度政府那里获得绿灯是一个非常受欢迎的发展，它不仅会使印度受益，而且会使整个国际引力波界受益。"加州理工学院物理学教授RanaAdhikari说："作为最新的引力波探测器，LIGO-India将从一开始就拥有我们所有的最新和最好的技术，"他与Reitze和LIGO团队的其他人一起帮助领导LIGO-India的开发，并与印度科学家合作。LIGO-India是LIGO实验室（由加州理工学院和麻省理工学院运营，由美国国家科学基金会（NSF）资助）与印度的拉贾-拉曼纳先进技术中心（RRCAT）、等离子体研究所（IPR）、大学间天文学和天体物理学中心（IUCAA）以及原子能部建筑服务和房地产管理司（DCSEM）之间的合作。计划中的设施与华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的LIGO观测站一样，将包括一个具有4公里长臂的L形干涉仪--将建在印度马哈拉施特拉邦的昂达市附近。当LIGO-India完成后，它将加入一个全球引力波观测站网络，其中包括意大利的Virgo和日本的KAGRA。凭借其先进的引力波感应技术，LIGO-India将极大地提高科学家确定引力波源天空位置的能力。由于它在地球上相对于LIGO、Virgo和KAGRA的位置，它还将填补当前引力波网络的盲点。Adhikari说："LIGO-India将把我们对引力波事件的定位精度提高一个数量级。这将大大增强我们回答关于宇宙的基本问题的能力，包括黑洞如何形成和我们宇宙的膨胀率，以及更严格地测试爱因斯坦的广义相对论。""我非常高兴得知印度内阁批准为那里的引力波观测站提供建设资金，"NSF主任SethuramanPanchanathan说。"与像印度这样志同道合的国家合作，分享我们的价值观和愿望，不仅可以实现奇妙的发现，更重要的是可以激发人才的活力，释放各地的创新。利用美国国家科学基金会资助的LIGO合作项目开发的高科技干涉仪组件，LIGO-India将增强现有的引力波探测器网络--美国的两个LIGO探测器、意大利的Virgo和日本的KAGRA--以便更精确地确定引力波源的位置并更有力地监测其信号。这将大大促进世界各地的研究人员，他们将把光学和射电望远镜的观测结果与引力波网络的信息结合起来，对宇宙进行新的发现。"到目前为止，LIGO和Virgo已经探测到了数十次黑洞之间碰撞的巨大声响。2017年，这两个天文台还探测到中子星之间的碰撞，不仅发出了引力波，还发出了跨越电磁波谱的强大光波。由于所有三个引力波探测器（LIGO的双胞胎设施和Virgo）在2017年的事件中都在观察天空，科学家们能够缩小事件发生的天空区域。这被证明是指导光基望远镜确定壮观爆炸的精确位置的一个关键因素。基于光线的观察导致发现重元素，如黄金，是在宇宙爆炸中形成的。自那次事件后，LIGO-Virgo网络又自信地探测到了一次涉及中子星的碰撞，尽管它没有被光基望远镜看到。有了LIGO-India在天空中的眼睛，发现这些所谓的多信使事件（光和引力波是信使）会成为一项更容易的任务。LIGO-India的一些前期建设活动已经进行，如LIGO-India建筑物的设计、通往该地的道路建设以及真空室的制造和测试。该设施将由印度研究人员与LIGO团队的成员共同建造。这种国际合作已经带来了两国之间的思想交流和新关系。例如，作为加州理工学院夏季本科生研究奖学金（SURF）计划的一部分，数十名印度学生被选中与LIGO团队一起工作。此外，加州理工学院计划邀请几位来自印度的访问科学家在加州理工学院进行LIGO工作。"在国际网络中拥有遥远的第三个LIGO观测站，这得益于共同的仪器设计、调试知识、技术协调和灵敏度，将实现LIGO的一个长期目标，"LIGO汉福德观测站运营的前副主任弗雷德-拉布说，他已经为LIGO-印度项目工作了近十年。"这将改变科学的游戏规则"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356381.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356381.htm

激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到名为GW230529的神秘信号

激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到名为GW230529的神秘信号马克斯-普朗克引力物理研究所的研究人员通过精确的波形模型、新的数据分析方法和先进的探测器技术为这一发现做出了贡献。虽然这一特殊事件只是因为引力波而被观测到，但它增加了人们对未来用电磁波观测到更多此类事件的期待。"大约30年来，研究人员一直在争论最重的中子星和最轻的黑洞之间是否存在质量鸿沟。现在，科学家们首次发现了一个天体，它的质量正好落在这个被认为几乎是空的缝隙中。"位于波茨坦科学园的马克斯-普朗克引力物理研究所所长亚历山德拉-布奥纳诺（AlessandraBuonanno）说："现在是引力波研究非常激动人心的时刻，我们深入的研究领域有望重塑我们对由引力主导的天体物理现象的理论认识。"天体物理学家还利用GW230529检验了爱因斯坦的广义相对论。"GW230529与爱因斯坦理论的预测完全一致，"参与研究的波茨坦爱因斯坦研究所研究生EliseSänger说。"它提供了迄今为止利用LVK引力波事件对其他引力理论的一些最佳约束"。为了确定相互绕行并合并产生引力波信号的天体的特性，天文学家将来自LIGO利文斯顿探测器的数据与两个最先进的波形模型进行了比较。"波茨坦阿尔伯特爱因斯坦研究所团队的博士后研究员埃克托尔-埃斯特莱斯-埃斯特雷拉（HéctorEstellésEstrella）说："这些模型包含了一系列相对论效应，以确保产生的信号模型尽可能真实和全面，便于与观测数据进行比较。"波茨坦阿尔伯特爱因斯坦研究所博士生洛伦佐-庞皮利（LorenzoPompili）补充说："除其他外，我们的波形模型可以准确描述黑洞以光速的几分之一在时空中旋转，发射出多个谐波的引力辐射。GW230529是由一个质量为太阳1.3至2.1倍的小型天体与另一个质量为太阳2.6至4.7倍的小型天体合并而成的。这些紧凑天体究竟是中子星还是黑洞，仅靠引力波分析无法确定。不过，根据双星的所有已知特性，天文学家认为较轻的天体是一颗中子星，较重的是一个黑洞。因此，较重天体的质量很有把握地位于质量间隙中，而之前人们认为这个间隙大部分是空的。以前在这个质量范围内的候选天体中，没有一个能以同样的确定性被识别出来。爱因斯坦的广义相对论预测，中子星的质量比太阳轻三倍。然而，中子星在坍缩成黑洞之前的最大质量的确切数值尚不清楚。"考虑到电磁观测和我们目前对恒星演化的掌握，预计质量在3到5个太阳质量范围内的黑洞或中子星非常少。然而，新发现的天体之一的质量恰好符合这一范围，"布奥纳诺解释说。近年来，天文学家发现了几个质量可能符合这一难以捉摸的差距的天体。就GW190814而言，LIGO和Virgo发现了一个处于质量谱下边界的天体。然而，通过引力波信号GW230529探测到的紧凑型天体是第一个其质量明确属于这一差距的天体。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426618.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426618.htm