科学家们探测到了中子星与潜在黑洞在质量缝隙中碰撞产生的引力波

科学家们探测到了中子星与潜在黑洞在质量缝隙中碰撞产生的引力波低质量间隙黑洞（深灰色表面）与中子星的凝聚与合并，颜色从深蓝色（每立方厘米60克）到白色（每立方厘米600千克）不等，凸显了中子星低密度物质的强烈变形。资料来源：I.Markin（波茨坦大学）、T.Dietrich（波茨坦大学和马克斯-普朗克引力物理研究所）、H.Pfeiffer、A.Buonanno（马克斯-普朗克引力物理研究所）。2023年5月，就在LIGO-Virgo-KAGRA第四次观测运行开始后不久，位于美国路易斯安那州的LIGO利文斯顿探测器观测到了一个引力波信号，该信号来自于很可能是一颗中子星与一个质量为太阳2.5至4.5倍的紧凑天体的碰撞。中子星和黑洞都是紧凑型天体，是大质量恒星爆炸后的致密残余物。这个名为GW230529的信号之所以引人入胜，是因为它的质量较大。它处于已知最重的中子星和最轻的黑洞之间可能存在的质量差距之内。引力波信号本身并不能揭示这个天体的性质。未来对类似事件的探测，特别是那些伴随着电磁辐射爆发的事件，可能有助于解决这个问题。不列颠哥伦比亚大学助理教授、LIGO科学合作组织副发言人杰斯-麦基弗博士（Dr.JessMcIver）说："这次探测是我们从第四次LIGO-Virgo-KAGRA观测运行中获得的第一个令人兴奋的结果，它揭示了中子星和低质量黑洞之间的类似碰撞的发生率可能比我们之前想象的要高。"由于只有一个引力波探测器看到了这一事件，因此评估它是否真实变得更加困难。这幅图像显示了低质量间隙黑洞（深灰色表面）与中子星的合并，颜色从深橙色（每立方厘米100万吨）到白色（每立方厘米6亿吨）不等。引力波信号用一组正偏振的应变振幅值表示，颜色从深蓝色到青色不等。资料来源：I.Markin（波茨坦大学）、T.Dietrich（波茨坦大学和马克斯-普朗克引力物理研究所）、H.Pfeiffer、A.Buonanno（马克斯-普朗克引力物理研究所）。检测技术的进步ICG的研究软件工程师GarethCabournDavies博士开发了用于在单个探测器中搜索事件的工具。他说"通过在多个探测器中看到事件来证实事件是我们从噪声中分离信号的最强大工具之一。通过使用适当的背景噪声模型，即使在没有其他探测器支持我们所看到的情况下，我们也能判断出一个事件"。在2015年探测到引力波之前，恒星质量黑洞的质量主要是通过X射线观测发现的，而中子星的质量则是通过无线电观测发现的。由此得出的测量结果分为两个截然不同的范围，两者之间的差距约为太阳质量的2到5倍。多年来，有少量测量结果蚕食了这一质量差距，天体物理学家对此仍有很大争议。最新研究结果的影响对GW230529信号的分析表明，它来自两个紧凑型天体的合并，其中一个天体的质量是太阳质量的1.2到2.0倍，另一个天体的质量是太阳质量的两倍多一点。虽然引力波信号没有提供足够的信息来确定这些紧凑的天体是中子星还是黑洞，但看起来较轻的天体很可能是中子星，而较重的天体则是黑洞。LIGO-Virgo-KAGRA合作组织的科学家们确信，较重的天体就在质量差距之内。引力波观测现在已经提供了近200个紧凑天体质量的测量值。其中，只有一次并合可能涉及质量鸿沟紧凑天体--GW190814信号来自黑洞与一个紧凑天体的并合，该天体的质量超过了已知最重的中子星，而且可能在质量鸿沟之内。来自美国西北大学的SylviaBiscoveanu博士说："虽然之前已经报道过引力波和电磁波中存在质量间隙天体的证据，但这个系统尤其令人兴奋，因为它是首次引力波探测到与中子星配对的质量间隙天体。对这一系统的观测对双星演化理论和紧凑天体合并的电磁对应理论都有重要意义"。正在进行和未来的观察第四次观测运行计划持续20个月，其中包括几个月的间歇期，以便对探测器进行维护并进行一些必要的改进。截至2024年1月16日，也就是当前的间歇期开始时，总共发现了81个重要的候选信号。GW230529是经过详细调查后公布的第一个候选信号。第四次观测运行将于2024年4月10日恢复，LIGOHanford、LIGOLivingston和Virgo探测器将同时运行。观测运行将持续到2025年2月，不会再有中断观测的计划。在观测运行继续进行的同时，LIGO-Virgo-KAGRA的研究人员正在分析运行前半段的数据，并检查已经确定的其余80个重要候选信号。到2025年2月第四次观测运行结束时，观测到的引力波信号总数将超过200个。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427286.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427286.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/

LISA引力波天文台星座获得欧空局批准建造

LISA引力波天文台星座获得欧空局批准建造欧空局的激光干涉仪空间天线（LISA）任务将是第一个专门用于探测时空结构涟漪的天基观测站。这些涟漪我们称之为引力波，是在宇宙中一些最强大的事件中发出的，比如黑洞碰撞时。图片来源：欧空局LISA不只是一个航天器，而是由三个航天器组成的星座。它们将在地球绕太阳运行的轨道上跟踪地球，在太空中形成一个精确的等边三角形。三角形的每条边将长达250万公里（是地月距离的六倍多），航天器将在这个距离上交换激光束。这三个航天器计划于2035年用阿丽亚娜6号火箭发射。在欧空局的领导下，欧空局、其成员国空间机构、美国国家航空航天局（NASA）和一个国际科学家联盟（LISA联盟）通力合作，使LISA成为可能。欧空局的LISA任务将捕捉并研究时空结构中的涟漪。这些涟漪我们称之为引力波，是在宇宙中一些最强大的事件中发出的。产生引力波的系统的一个例子是，一对黑洞绕着对方运行，并朝着碰撞的方向前进。它们巨大质量的加速度会震动时空结构并产生涟漪。图片来源：ESA/ATGMedialab就在一个多世纪前，爱因斯坦做出了革命性的预言：当大质量物体加速时，它们会震动时空结构，产生微小的涟漪，即引力波。由于现代技术的发展，我们现在能够探测到这些最难以捉摸的信号。"LISA是一项前所未有的尝试。地面仪器可以利用激光束在几千米的距离内探测到来自恒星大小天体事件的引力波，如超新星爆炸或超高密度恒星和恒星质量黑洞的合并。"LISA项目首席科学家诺拉-吕茨根多夫（NoraLützgendorf）解释说："要拓展引力研究的前沿领域，我们必须进入太空。由于激光信号在LISA上传播的距离非常远，而且其仪器具有极高的稳定性，我们将探测比地球上更低频率的引力波，揭示不同规模的事件，一直追溯到时间的黎明"。引力波是大质量天体（如黑洞聚集和合并）的加速度在时空中产生的涟漪。空间中的不同物体会产生不同时间尺度的引力波，从几毫秒到几十亿年不等。其中有些波只能从太空中观测到。图片来源：欧空局LISA将在整个宇宙中探测星系中心的巨大黑洞碰撞时所产生的时空涟漪。这将使科学家们能够追溯这些畸形天体的起源，绘制它们如何成长为比太阳质量大数百万倍的天体，并确定它们在星系演化过程中扮演的角色。这项任务将捕捉到我们宇宙最初时刻预测的引力"响声"，让我们一窥宇宙大爆炸后的最初几秒钟。此外，由于引力波携带发射引力波的天体的距离信息，LISA将帮助研究人员用一种不同于欧几里得和其他巡天所用技术的尺度来测量宇宙膨胀的变化，从而验证他们的结果。在我们银河系的更近处，LISA将探测到许多合并的紧凑天体对，如白矮星或中子星，让我们对这些系统演变的最后阶段有一个独特的洞察力。通过精确定位它们的位置和距离，LISA将在欧空局盖亚任务发现的基础上，进一步加深我们对银河系结构的了解。"几个世纪以来，我们一直在通过捕捉光线来研究我们的宇宙。将其与引力波的探测结合起来，为我们对宇宙的感知带来了一个全新的维度，"LISA项目科学家奥利弗-詹里奇（OliverJennrich）说。"想象一下，迄今为止，我们的天体物理学任务就像无声电影一样观看宇宙，那么用LISA捕捉时空涟漪将真正改变游戏规则，就像给电影添加声音一样"。2015年，LISA探路者为即将到来的LISA任务测试了重要技术。技术演示的核心是两个固体金铂合金立方体。每个立方体都是一个边长为4.6厘米、重1.96千克的测试质量。图为其中一个立方体。LISA任务的三个航天器将各承载两个这样的试验质量块。它们是自由浮动的，装在一个"电极外壳"内。当不同航天器中立方体之间的距离发生变化时，就能发现引力波。LISA将通过在相邻的一对航天器之间交换激光束来跟踪这些变化。资料来源：欧空局为了探测引力波，LISA将使用一对坚固的金铂立方体--即所谓的测试质量（比魔方略小），自由漂浮在每个航天器中心的特殊外壳中。引力波将引起不同航天器中质量块之间距离的微小变化，该任务将使用激光干涉测量法跟踪这些变化。这项技术需要将激光束从一个航天器射向另一个航天器，然后将它们的信号叠加起来，以确定质量距离的变化，精度精确到几十亿分之一毫米。航天器的设计必须确保除了时空本身的几何形状之外没有任何东西会影响处于自由落体状态的质量运动。该航天器是继LISA探路者号之后的又一个航天器，LISA探路者号证明了有可能将自由落体中的试验质量保持在惊人的精确水平上。与欧空局的盖亚和欧几里得任务相同的精密推进系统将确保每个航天器以最高的精度保持所需的位置和方向。LISA被选为欧空局"2015-2025年宇宙愿景"的第三个大型任务，它将加入欧空局的宇宙观测器科学舰队，以解决该计划的两个核心问题：宇宙的基本物理定律是什么？宇宙是如何起源的？在这项探索中，LISA将与欧空局目前正在研究的另一项大型飞行任务合作：新雅典娜（NewAthena）。新雅典娜的发射日期预计为2037年，它将成为有史以来最大的X射线天文台。欧空局领导着LISA任务，并将提供航天器、发射、任务运行和数据处理。关键的仪器元件包括：由意大利和瑞士提供的屏蔽外力的自由落体试验质量；由德国、英国、法国、荷兰、比利时、波兰和捷克共和国提供的用于探测干涉信号的皮米精度系统；以及由西班牙提供的科学诊断子系统（整个航天器的传感器库）。超稳定激光器、用于收集其光线的30厘米望远镜以及紫外线光源（用于给测试块放电）将由美国国家航空航天局提供。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416109.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416109.htm

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

天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密

天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密当两颗中子星相互绕行时，它们会在时空中释放出称为引力波的涟漪。这些涟漪会消耗轨道的能量，直到两颗恒星最终相撞并合并成一个天体。科学家们利用超级计算机模拟探索了不同核物质模型的行为如何影响这些合并后释放的引力波。他们发现，残余物的温度与这些引力波的频率之间存在很强的相关性。下一代探测器将能够区分这些模型。中子星合并后约5毫秒，从上往下看，两种不同模拟中子星合并（上、下）的密度（右）和温度（左）对比图。资料来源：宾夕法尼亚州立大学雅各布-菲尔兹（JacobFields）。科学家利用中子星作为实验室，在地球上无法探测的条件下研究核物质。他们利用目前的引力波探测器来观测中子星合并，了解超密集冷物质的行为方式。然而，这些探测器无法测量恒星合并后的信号。这个信号包含了热核物质的信息。未来的探测器将对这些信号更加敏感。由于它们还能区分不同的模型，这项研究的结果表明，未来的探测器将帮助科学家们建立更好的热核物质模型。这项研究使用THC_M1对中子星合并进行了研究。THC_M1是一种模拟中子星合并的计算机代码，它考虑到了恒星强大引力场造成的时空弯曲以及致密物质中的中微子过程。研究人员通过改变状态方程中的比热容来测试热效应对合并的影响，比热容用于测量中子星物质温度上升一度所需的能量。为了确保结果的稳健性，研究人员以两种分辨率进行了模拟。他们用更近似的中微子处理方法重复了更高分辨率的运行。参考文献《双中子星合并中的热效应》，作者：JacobFields、AviralPrakash、MatteoBreschi、DavidRadice、SebastianoBernuzzi和AndrédaSilvaSchneider，2023年7月31日，《天体物理学杂志通讯》。DOI:10.3847/2041-8213/ace5b2《低三动量传递时中子-碳相互作用中核效应的识别》，2016年2月17日前，《物理评论快报》。DOI:10.1103/PhysRevLett.116.071802这项工作使用了宾夕法尼亚州立大学国家能源研究科学计算中心、匹兹堡超级计算中心和计算与数据科学研究所提供的计算资源。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404551.htm

奇怪的夸克物质：引力波为宇宙中最密集的物质提供了线索

奇怪的夸克物质：引力波为宇宙中最密集的物质提供了线索由两颗中子星之间的合并产生的引力波可以揭示出通过这种合并产生的自由夸克。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室日本理化学研究所的研究人员提出，来自中子星合并的引力波信号可能揭示了超密集夸克胶子物质的存在。通过模拟这些合并并分析由此产生的引力波，他们提出，在未来十年内到期的下一代探测器可以证实这一理论。宇宙中唯一发生这种情况的地方是中子星，即燃烧殆尽的恒星的坍缩残余物，它产生了令人难以置信的密度--一茶匙这样的材料重达几千亿公斤。但是，如果你继续进一步增加压力会发生什么？甚至天体物理学家也不知道这个问题的答案。中子星中心的密度比原子核的密度高三到五倍；这是黑洞形成之前可以达到的最高密度。没有人知道在这种极端密度下物质会发生什么。一种理论认为，中子和质子的超密集汤将分解成夸克和胶子的汤--物质的最基本构成部分。"一些研究人员认为，夸克相将出现在中子星的中心，"理研天体物理大爆炸实验室的ShigehiroNagataki说。"但这是一个猜想"。发现这种奇怪的物质形式是否存在的一个有希望的方法是通过使用引力波探测器观察两个中子星的合并。如果它确实存在，那么质子和中子在合并过程中如何解体为它们的组成夸克有两种可能性。它们可能经历一个尖锐的转变，就像液态水在正常压力下的沸点变成水蒸气一样。或者可能有一个模糊的转变，类似于水在高于临界点的压力下变成水蒸气的方式。现在，Nagataki和他的同事们观察到两颗中子星之间的合并，并计算了它们所产生的引力波，以探索第二种可能性。来自中子星合并的引力波的频率通常取决于中子星旋转的速度。较大的中子星通常旋转较慢，反之亦然。研究小组发现，通过分析中子星引力波的频率，应该可以探测中子星中是否存在夸克相。如果它确实存在，引力波也可以揭示夸克相如何出现。虽然目前的引力波探测器不能探测到这一点，但将在未来十年左右上线的下一代探测器应该能做到。Nagataki说："想到我们应该能够通过探测引力波来探测这种类型的转变，这真是令人惊讶。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360197.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360197.htm