天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘

天体物理学家发现新的引力波探测方法探索宇宙最深处的奥秘科大物理系刘教授团队提出的突破性概念，可让地球磁层中的单个天文望远镜成为全球变暖信号的探测器。资料来源：香港科技大学在香港科技大学物理系副教授刘涛教授的领导下，研究小组的创新方法可以利用行星磁层中现有的、技术上可行的天文望远镜成功探测高频引力波。这将为以有效和技术可行的方式研究早期宇宙和剧烈宇宙事件开辟新的可能性。引力波（GW）由各种天文现象产生，如早期宇宙的相变和原始黑洞的碰撞。然而，引力波的影响极其微弱，目前只能通过干涉测量法在相对较低的频段发现引力波。因此，利用全球升温潜能值观测宇宙面临着巨大的技术挑战，特别是在探测一千赫以上的高频段时，干涉测量法的使用受到很大限制。为了解决这一难题，刘涛教授和他的博士后研究员张晨博士与中国科学院高能物理研究所的任静研究员合作，在最近的研究中取得了重大突破。这项研究利用了一个有趣的物理效应：驻留在磁场中的全球瓦可以转化为潜在的可探测电磁波。通过利用行星磁层内的延伸路径，转换效率得以提高，从而产生更多的电磁波信号。对于具有宽视场的望远镜来说，由于这种行星实验室内的信号通量具有广阔的角度分布，因此探测能力可以得到进一步提高。这种创新方法可使单个天文望远镜充当全球变暖信号的探测器。通过组合多个望远镜，可以实现高频全球变暖频率的广泛覆盖，从兆赫兹到1028赫兹不等。这一频率范围相当于天文观测中使用的电磁波谱，其中有很大一部分是以前在探测GW时从未探索过的。这项研究对低地球轨道卫星探测器和木星磁层内正在进行的任务的灵敏度进行了初步评估。这项研究发表在今年3月的《物理评论快报》上，随后，《自然-天文学》在5月发表了一篇题为"行星大小的实验室提供了宇宙学见解"的文章，重点介绍了这项研究。这强调了这项研究在为未来新型全球变暖探测技术研究铺平道路方面的重要意义。编译来源：ScitechDailyDOI:10.1103/PhysRevLett.132.131402DOI:10.1038/s41550-024-02285-w...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433772.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433772.htm

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据据中新社报道，记者从中国科学院国家天文台获悉，这项纳赫兹引力波研究重要成果论文，星期四（6月29日）在中国天文学术期刊《天文与天体物理研究》（RAA）在线发表。作为引力波的一种，对频率低至纳赫兹的引力波进行探测，将有助于天文学家理解宇宙结构的起源，探测宇宙中最大质量的天体即超大质量黑洞的增长、演化及并合过程，也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。中科院国家天文台说，后续将充分发挥FAST脉冲星测时精度国际领先优势，加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，逐步发表更高精度的探测结果，打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。同时，该台还将积极推进FAST扩展和升级，基于脉冲星测时阵列方法，实现纳赫兹引力波事件的常规观测，从而建成纳赫兹引力波天文台，并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元，将中国加快建设成为引力波天文和射电天文强国。——

“中国天眼”发现纳赫兹引力波存在的关键证据

“中国天眼”发现纳赫兹引力波存在的关键证据该研究由中国科学院国家天文台等单位科研人员组成的中国脉冲星测时阵列（CPTA）研究团队完成，相关成果6月29日在学术期刊《天文和天体物理学研究》在线发表。引力波是宇宙中加速运动的有质量物体扰动周围时空而产生的时空涟漪。引力波信号极其微弱，却是探测宇宙中不发光物质的直接手段。由于更大质量的天体产生的引力波频率更低，对频率低至纳赫兹（10的负9次方赫兹）的引力波进行探测，对于理解超大质量黑洞、星系并合历史和宇宙大尺度结构形成等问题具有重要意义。“中国天眼”俯拍图（维护保养期间拍摄）。新华社记者欧东衢摄文章通讯作者、中科院国家天文台/北京大学研究员李柯伽介绍，纳赫兹引力波由于频率极低，周期长达数年，波长可达数光年，使得探测工作十分具有挑战性。利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测，是目前已知探测纳赫兹引力波的唯一手段。此项研究中，CPTA研究团队利用“中国天眼”对57颗毫秒脉冲星进行了长期系统性监测，基于独立开发的软件，对时间跨度为3年5个月的数据进行分析研究，在4.6西格玛置信度水平（误报率小于五十万分之一）上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据。“中国天眼”全景图（维护保养期间拍摄）。新华社记者欧东衢摄“纳赫兹引力波探测灵敏度强烈依赖于观测时间跨度。美国、欧洲、澳大利亚科研团队已分别开展了约20年的纳赫兹引力波搜寻，CPTA研究团队充分利用‘中国天眼’优良性能，以数据精度、脉冲星数量和数据处理算法上的优势，使我国纳赫兹引力波探测和研究同步达到世界领先水平。”中科院国家天文台台长常进院士说。据介绍，中科院国家天文台将进一步加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，助力打开利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368593.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368593.htm

物理学家创建了环形黑洞的新模型

物理学家创建了环形黑洞的新模型黑洞是空间中引力非常强大的区域，以至于没有任何东西，甚至是光，可以逃脱其牵引。它们是由大质量恒星的残余物形成的，这些恒星已经坍缩到自己身上了。基夫-米特曼说："非线性效应是海滩上的波峰和碰撞时发生的情况。"他是加州理工学院的研究生，与索尔-特科尔斯基（74年博士）一起工作，后者是加州理工学院理论天体物理学的罗宾逊教授，在康奈尔大学有一个联合任命。"这些波相互作用，相互影响，而不是自己骑行。对于像黑洞合并这样剧烈的事情，我们预计会有这些影响，但直到现在才在模型中看到它们。从我们的模拟中提取波形的新方法使我们有可能看到这些非线性。"发表在《物理评论快报》杂志上的这项研究来自于加州理工学院、哥伦比亚大学、密西西比大学、康奈尔大学和马克斯-普朗克引力物理研究所的一个研究小组。加州理工学院研究生KeefeMitman解释了一个包含非线性引力效应的黑洞碰撞的新数学模型--他把这种现象比作两个人在蹦床上狂跳时发生的情况。在未来，这个新模型可以用来了解实际的黑洞碰撞，自从LIGO（激光干涉仪引力波观测站）在2015年创造历史，首次从太空直接探测到引力波以来，LIGO就一直在例行观测。LIGO将在今年晚些时候重新开启，在此之前，LIGO将获得一组升级，使探测器对引力波比以前更加敏感。米特曼和他的同事是一个名为"模拟极端空间合作"（SXS）的团队的成员。SXS项目由Teukolsky和诺贝尔奖获得者KipThorne（BS'62）合作创立，他是加州理工学院理论物理学名誉教授RichardP.Feynman，该项目使用超级计算机来模拟黑洞合并。超级计算机利用爱因斯坦的广义相对论的方程模拟黑洞如何在一起螺旋式地演化和合并。事实上，Teukolsky是第一个了解如何使用这些相对论方程来模拟黑洞碰撞的"下降"阶段的人，这个阶段就发生在两个大质量物体合并之后。"需要超级计算机来进行整个信号的精确计算：两个轨道上的黑洞的吸入，它们的合并，以及沉降到一个单一的静止残余黑洞，"Teukolsky说。"对沉降阶段的线性处理是我不久前在基普手下的博士论文的主题。对这一阶段的新的非线性处理将允许对电波进行更精确的建模，并最终对广义相对论是否事实上是黑洞的正确引力理论进行新的测试。"事实证明，SXS模拟在识别和描述LIGO迄今为止探测到的近100个黑洞粉碎方面发挥了作用。这项新的研究代表了该团队首次在模拟环流阶段的过程中发现了非线性效应。"想象一下，在一个蹦床上有两个人，"米特曼说。"如果他们轻轻地跳，他们不应该影响另一个人那么多。这就是我们说一个理论是线性的时候所发生的事情。但是如果一个人开始用更多的能量弹跳，那么蹦床就会扭曲，另一个人就会开始感受到他们的影响。这就是我们所说的非线性：蹦床上的两个人因为另一个人的存在和影响而经历新的振荡。"在引力方面，这意味着模拟产生了新类型的波。"如果你在大波之下深入挖掘，你会发现另外一种具有独特频率的新波，"米特曼说。从大的方面来看，这些新的模拟将帮助研究人员更好地描述LIGO所观测到的未来黑洞碰撞的特征，并更好地测试爱因斯坦的广义相对论。合著者、哥伦比亚大学的MacarenaLagos说："这是我们为下一阶段的引力波探测做准备的一大步，这将加深我们对发生在宇宙远处的这些不可思议的现象中的引力的理解"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349313.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349313.htm

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力量子引力的突破然而，南安普顿大学的物理学家与欧洲的科学家合作，利用一种新技术成功地探测到了一种微小粒子所受到的微弱引力。他们声称，这可能为找到难以捉摸的量子引力理论铺平道路。这项发表在《科学进展》杂志上的实验利用悬浮磁铁探测微观粒子的引力--微小到接近量子领域。量子实验的艺术印象。资料来源：南安普顿大学第一作者、南安普顿大学的蒂姆-福克斯（TimFuchs）说，这些结果可以帮助专家们找到我们的现实图景中缺失的拼图。他补充说："一个世纪以来，科学家们一直试图弄清万有引力和量子力学是如何协同工作的，但都以失败告终。现在，我们成功地测量到了有记录以来质量最小的引力信号，这意味着我们离最终实现引力信号如何协同工作又近了一步。从这里开始，我们将利用这种技术缩小源的规模，直到我们到达两边的量子世界。通过理解量子引力，我们可以解开宇宙中的一些谜团--比如宇宙是如何开始的，黑洞内部发生了什么，或者将所有的力统一到一个大理论中。"科学界尚未完全理解量子领域的规则--但人们相信，微观尺度上的粒子和力的相互作用与常规尺寸的物体不同。南安普顿的学者与荷兰莱顿大学和意大利光子学与纳米技术研究所的科学家共同进行了这项实验，实验经费来自欧盟地平线欧洲EIC开拓者基金（QuCoM）。他们的研究使用了一套复杂的装置，包括被称为陷阱的超导装置、磁场、灵敏探测器和先进的隔振装置。它在绝对零度以上百分之一摄氏度（约零下273摄氏度）的冰点温度下悬浮一个0.43毫克大小的微小粒子，测量到了微弱的拉力，仅为30aN。拓展量子研究的视野南安普顿大学物理教授亨德里克-乌尔布里希特（HendrikUlbricht）说，这些结果为今后在更小的物体和力之间进行实验打开了大门。他补充说："我们正在推动科学的发展，这可能会带来关于引力和量子世界的新发现。我们的新技术利用极低的温度和设备来隔离粒子的振动，这很可能被证明是测量量子引力的未来方向。揭开这些谜团将有助于我们解开宇宙结构的更多秘密，从最微小的粒子到最宏伟的宇宙结构。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422947.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422947.htm

重新思考太空中的声音：物理学家展示声音如何穿越真空

重新思考太空中的声音：物理学家展示声音如何穿越真空声波隧穿真空间隙。资料来源：耿卓然和IlariMaasilta他们最近在《通信物理学》杂志上发表的研究结果表明，在某些情况下，声波可以"穿越"两个固体物体之间的真空间隙，前提是这些物体是压电体。这些特殊材料在受到声波或振动时会产生电响应。鉴于电场可以存在于真空中，它可以有效地将这些声波带过真空。要求是缝隙的尺寸小于声波的波长。这种效应不仅适用于音频范围（赫兹-千赫兹），也适用于超声波（兆赫）和超音波（千兆赫）频率，只要真空间隙随着频率的增加而变小即可。在大多数情况下，这种效应很小，但我们也发现，在这种情况下，波的全部能量在真空中跳跃，效率高达100%，而且没有任何反射。于韦斯屈莱大学纳米科学中心的IlariMaasilta教授说，这种现象可以应用于微机电元件（MEMS，智能手机技术）和热量控制。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376635.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376635.htm