新模型模拟出碰撞的黑洞在时空结构中发出的涟漪

新模型模拟出碰撞的黑洞在时空结构中发出的涟漪这个新模型很重要，因为它最终为科学家们提供了一种方法来准确测量这些波纹在穿越时空时如何相互作用。能够更清晰地呈现出黑洞碰撞如何产生这些波纹的画面，也可以让科学家对碰撞本身有更多了解。科学家们计划使用引力波探测器，如激光干涉仪引力波观测站（LIGO）来研究这些黑洞碰撞产生的波纹事件。以前的模型总是依赖于线性数学，而从未研究过波浪如何相互影响。不过，通过用新的模型来观察，我们终于可以更好地理解碰撞的黑洞。模拟中的碰撞黑洞图片来源：美国宇航局戈达德空间站、美国宇航局戈达德太空飞行中心/YouTube这个新模型的基础是由模拟极限时空（SXS）团队创建的。这个程序是在一台超级计算机上运行的，它模拟碰撞的黑洞，以更好地研究合并产生的涟漪。这使科学家们能够更深入地挖掘，揭示出科学家在其他方面没有发现的非线性效应。研究人员最大的希望是，新的发现将有助于为下一代的引力波探测器铺平道路。此外，这样做将使我们能够扩大对碰撞黑洞的理解，以及这些大规模的合并实际上如何影响我们宇宙的基础。此外，它将帮助我们确定广义相对论是否是黑洞的正确引力理论。黑洞也在教给科学家更多关于宇宙如何膨胀的知识，有些人甚至认为，这些宇宙之谜可能是外星人创造的巨大的量子数据超级计算机。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345989.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345989.htm

时空涟漪 - 科学家揭开引力波之间相互作用的秘密

时空涟漪-科学家揭开引力波之间相互作用的秘密当两个黑洞相撞时，其冲击力是如此之大，以至于我们在地球上都能探测到。这些天体是如此巨大，以至于它们的碰撞会在时空本身产生涟漪。科学家称这些涟漪为引力波。虽然爱因斯坦早在1916年就预言了引力波的概念，但物理学家直到2015年才在LIGO（激光干涉引力波天文台）上直接探测到引力波。现在，在能源部科学办公室和其他几个联邦机构的支持下，科学家们正在努力更好地理解这些引力波，以及它们能告诉我们有关黑洞的信息。除了威力巨大之外，这些碰撞还具有令人难以置信的复杂物理特性。为了准确，对它们的计算机模拟也必须非常复杂。模拟需要包括碰撞过程中的每一个步骤：黑洞相互螺旋上升、合并、变成一个扭曲的黑洞，然后沉降为一个单一的黑洞。这个过程非常复杂，科学家需要超级计算机来运行模拟。这张照片来自"模拟极端时空"（SimulatingeXtremeSpacetimes，简称SXS）合作项目利用超级计算机进行的模拟，照片中两个黑洞即将合并。当黑洞旋转在一起时，它们会在空间和时间上产生被称为引力波的涟漪。图片来源：SXSLensing/SimulatingeXtremeSpacetimesCollaboration然后，物理学家将这些模拟的数值数据与这一过程的模型进行比较。旧版本的模型显示引力波不会相互影响或相互作用。然而，科学家们怀疑这并不准确。试想一下，两个人相邻站在一个水池里制造引力波。如果每个人发出的波都非常小，那么这些波就有可能互不干扰。它们在相互影响之前就会消失。但是，如果两个人都在制造大波浪，波浪就会相互碰撞，产生新的波浪。科学家们知道碰撞会产生强烈的引力波，因此认为它们会相互影响--只是没有显示出来而已。来自加州理工学院（Caltech）、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对这些数值输出进行了新的、更详细的分析。分析结果表明，引力波之间存在相互作用。每个波都会导致其他波发生轻微变化。相互作用产生了具有各自独立频率的新型波。这些新的波比原来的波更小、更混乱、更不可预测。通过在模型中加入这一特征，科学家们可以更准确地描述数值输出告诉他们的信息。LIGO利文斯顿实验室。资料来源：LIGO实验室在黑洞碰撞模型中加入这些相互作用将使模型更加精确。反过来，这些模型将帮助我们更好地解释真实世界的观测结果。模型越精确，对解读来自LIGO的数据就越有用。此外，更好的模型还能帮助科学家弄清广义相对论是否是解释黑洞实际情况的正确理论。虽然广义相对论--爱因斯坦提出的著名理论广泛地解释了引力如何影响时空，但这一理论在多大程度上适用于黑洞的奇特性质仍有待确定。黑洞碰撞距离地球和我们的日常生活遥远得难以想象。虽然我们无法亲身感受到引力波，但科学家们获得的数据和建立的模型每天都在扩展我们对这些不可思议现象的认识。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389973.htm

神秘的物理学："你能想象到的宇宙中最激烈的事件之一"

神秘的物理学："你能想象到的宇宙中最激烈的事件之一"发表在《物理评论快报》上的这一发现，是对这种灾难性冲突的后果的首次详细观察，并显示了残余黑洞将如何形成并通过宇宙发送引力波。黑洞合并是宇宙中为数不多的事件之一，其能量足以产生可探测的引力波，引力波携带着大规模宇宙碰撞产生的能量。就像池塘里的涟漪，这些波在宇宙中流动，扭曲了空间和时间。但与在水中流动的波不同，它们极其微小，并在"时空"中传播。"时空"是一个令人费解的概念，它将空间的三个维度与时间的概念相结合。模拟显示了两个黑洞在接近光速时的碰撞，揭示了一个天体物理学家称之为"你能想象到的宇宙中最猛烈的事件之一"的神秘物理学。这项工作是对这种灾难性碰撞的后果的首次详细观察，并显示了一个残余黑洞将如何形成，并在宇宙中发出引力波。"如果一个引力波穿过我，它会让我变得更瘦更高，然后更矮更胖，"共同作者、约翰霍普金斯大学的物理学家EmanueleBerti说。"但它所做的量大约比原子核的大小小10万倍。"物理学家们通过简化广义相对论-爱因斯坦的引力作用理论来研究黑洞合并后发出的电波，使用的方程忽略了合并的微妙但重要的引力效应。Berti认为这种方法是有偏见的，因为它依赖于"线性近似"，即假设合并过程中产生的引力波是弱的。尽管黑洞以如此极端的速度碰撞几乎是不可能的，但模拟这样的碰撞产生的信号足以让研究小组检测到非线性，或用简化版的理论无法发现的引力效应。这些发现表明，不能用线性化的方程来研究黑洞合并，目前这些事件的模型需要进行调整，如果不是完全改变的话。领导这项研究的约翰霍普金斯大学物理学博士生MarkHo-YeukCheung说："广义相对论是非线性的，这意味着引力波本身也会产生更多引力波。"该研究小组还通过分析两个黑洞在相互绕行后合并的模拟结果发现了这些所谓的非线性，这种情况更真实地代表了宇宙中发生的情况。加州理工学院的一个独立研究小组对相同模拟的研究，也出现在《物理评论快报》上，并发现了类似的结果。"这是一个大问题，因为如果我们真的想了解黑洞，我们不能忘记这些复杂的问题，"张说。"爱因斯坦的理论是一头野兽；方程式真的很复杂。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349467.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349467.htm

相互毁灭：邻近星系中的双子星、黑洞和未来时空的涟漪

相互毁灭：邻近星系中的双子星、黑洞和未来时空的涟漪这些恒星围绕着一个共同的重力中心运行，一起被称为双星，位于小麦哲伦星系，距离我们的银河系仅有21万光年。这些恒星每隔三天就会互相绕行一次，是迄今为止观察到的最大的接触性恒星（接触性双星）。但是，正是它们之间相互破坏的关系引起了研究人员的兴趣。利用美国宇航局的哈勃望远镜和欧洲南方天文台（ESO）位于智利的甚大望远镜上的多单元光谱探测器（MUSE）以及其他望远镜收集的长期数据，研究人员测量了来自双星的不同光带（光谱分析）。他们发现，较小恒星的大部分外部包层已经被较大的恒星剥离。该研究的共同作者DanielPauli说："这颗双星是迄今为止观察到的质量最大的接触双星。"较小的、较亮的、较热的恒星质量是太阳的32倍，目前正在向其较大的同伴失去质量，后者的质量是我们太阳的55倍。"研究人员说，在天文演化的计划中，用不了多久，这颗小恒星就会变成黑洞，而这颗恒星的角色将被颠覆。这项研究的主要作者马修-里卡德说："较小的恒星将首先成为黑洞，在短短70万年内，要么通过一个被称为超新星的壮观爆炸，要么它可能大到坍缩成一个黑洞而不向外爆炸。在第一个黑洞开始从它的同伴那里增加质量，对它的同伴进行报复之前，它们将成为约300万年的躁动不安的邻居。"他们的发现通过比较来自处女座干涉仪和LIGO（激光干涉仪引力波观测站）的引力波观测结果与双星演化的理论模型得到了支持。"感谢引力波探测器Virgo和LIGO，在过去几年中已经探测到几十个黑洞合并，"Rickard说。"但是到目前为止，我们还没有观察到预测会塌陷成这种大小的黑洞并在时间尺度上短于或甚至与宇宙年龄大致相当的恒星。"引力波是宇宙中最剧烈和最有能量的过程所引起的时间和空间的无形"涟漪"。最强的引力波是由黑洞碰撞这样的灾难性事件产生的，这将破坏时空，从而发出宇宙涟漪，以光速向各个方向传播。这些涟漪携带着关于其起源的信息。Pauli说："仅仅过了20万年，用天文术语来说就是一瞬间，伴星也将坍缩成一个黑洞。这两颗大质量的恒星将继续围绕对方运行，每隔几天绕一圈，持续数十亿年"。根据这项研究的结果，在黑洞相撞之前我们还有一些时间。但当它们发生时，将产生引力波，在地球上可能会被探测到。慢慢地，它们将通过发射引力波失去这种轨道能量，直到它们每隔几秒钟就互相绕行一次，最终在180亿年后合并在一起，通过引力波释放巨大的能量。有这样的恒星离我们自己的星系如此之近，使研究人员能够进一步了解宇宙的情况。Rickard补充说："在离我们的银河系如此之近的地方发现这种演化途径的恒星，为我们提供了一个极好的机会，可以更多地了解这些黑洞双星是如何形成的。"这项研究已被接受在《天文学和天体物理学》杂志上发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357173.htm

地质学家发现地球被包围在缓慢翻滚的引力波海洋中的证据

地质学家发现地球被包围在缓慢翻滚的引力波海洋中的证据艺术家构想的脉冲星集合，可探测到来自成对环绕的超大质量黑洞的引力波。图片来源：AuroreSimonnet为NANOGrav协作小组制作这一突破性发现是北美引力波纳米赫兹天文台（NANOGrav）15年精心观测的结果，其详细内容发表在《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysicalJournalLetters）上的一系列论文中。作为美国国家科学基金会（NSF）资助的物理前沿中心，NANOGrav由来自美国和加拿大的190多名科学家组成。他们利用波多黎各阿雷西博天文台、西弗吉尼亚州绿岸望远镜和新墨西哥州超大阵列的射电望远镜，监测天空中68颗被称为脉冲星的死星。这些脉冲星就像一个浮标网络，在引力波缓慢滚动的海洋中晃动。NANOGrav团队成员、加州理工学院物理学助理教授KaterinaChatziioannou说："引力波对脉冲星的影响非常微弱，很难探测到，但随着时间的推移，我们收集了更多的数据，对研究结果建立了信心。"今后，我们将继续进行更多的观测，并将我们的结果与国际合作伙伴的结果进行比较，这将使我们能够从数据中学到更多东西。"KaterinaChatziioannou。资料来源：加州理工学院NANOGrav团队成员、喷气推进实验室（JPL）首席科学家、加州理工学院天文学访问学者约瑟夫-拉齐奥（JosephLazio）说："我们有了一种新的方法，可以探测星系核心的巨大黑洞开始缓慢但不可阻挡的死亡螺旋时会发生什么。我们认为这个过程是许多星系的标准过程，我们已经看到了许多不同步骤的例子，但我们终于开始瞥见其中一个关键的最后步骤了。"约瑟夫-拉齐奥。资料来源：加州理工学院阿尔伯特-爱因斯坦于1916年首次提出了引力波的概念。然而，直到大约一个世纪之后，美国国家科学基金会资助的LIGO（激光干涉引力波天文台）才直接探测到了引力波。他们探测到了来自一对遥远的碰撞黑洞的波。与LIGO不同，NANOGrav所探测的引力波频率要高得多，顾名思义，NANOGrav主要探测纳赫兹范围内的低频引力波，即每几年一个周期。较高频率的引力波来自于较小的黑洞对，它们在碰撞前的最后几秒钟迅速绕着对方旋转，而较低频率的引力波被认为是由星系中心的巨大黑洞产生的，其质量是太阳的数十亿倍，它们缓慢地绕着对方旋转，在合并前还有数百万年的时间。在新的研究中，NANOGrav被认为捕捉到了来自宇宙中许多对合并的超大质量黑洞的引力波的集体嗡嗡声。"人们把这种信号比作背景杂音，而不是LIGO接收到的呼喊声，"同时也是LIGO团队成员和威廉-H-赫特学者的查齐奥安努解释说。帕特里克-迈尔斯。资料来源：加州理工学院"这就好像你在鸡尾酒会上，你无法分辨出任何一个人的声音。我们只能听到背景噪音，"NANOGrav团队成员、加州理工学院博士后学者副研究员帕特里克-迈耶斯（PatrickMeyers）说，他帮助领导了对结果的统计测试。NANOGrav的脉冲星网络也被称为脉冲星计时阵列。脉冲星是由大质量恒星爆炸形成的，它们发出的光标以非常精确的间隔快速旋转。"它们就像灯塔上的信标，以固定的速度掠过。你可以预测到几十纳秒的时间。在某些情况下，它们与原子钟的精度相当。"当引力波穿越宇宙时，会对时空结构产生轻微的拉伸和挤压。这种拉伸和挤压会导致地球与特定脉冲星之间的距离发生微小的变化，从而导致脉冲星闪光时间的延迟或提前。为了寻找引力波的背景嗡嗡声，科学小组开发了软件程序来比较其网络中一对脉冲星的时间。引力波会根据脉冲星在天空中的距离远近，在不同程度上改变脉冲星的闪光时间，JPL的罗恩-海灵斯（RonHellings）和乔治-唐斯（GeorgeDowns）在20世纪80年代初首次从理论上计算出这种模式。米歇尔-瓦利斯内里。资料来源：加州理工学院拉齐奥说："想象一下，成对的超大质量黑洞散布在海洋上，荡起许多涟漪。现在，我们坐在地球上，地球就像一个浮标，与脉冲星一起，我们试图测量涟漪是如何变化并导致其他浮标向我们移动或远离我们的。""为了弄清引力波背景，我们必须弄清许多令人困惑的影响，比如脉冲星的运动、银河系中自由电子的扰动、射电天文台参考时钟的不稳定性。"NANOgrav团队成员、JPL高级研究科学家兼加州理工学院理论天体物理学访问学者MicheleVallisneri说："我们在美国国家航空航天局朱诺号和卡西尼号任务的帮助下确定了太阳系中心的精确位置。"未来的NANOGrav成果将包括加拿大的CHIME望远镜，该望远镜将于2019年加入该项目。加州理工学院的深层同步阵列-2000（或称DSA-2000）也将加入搜索行列，这是一个由2000个射电天线组成的阵列，计划建在内华达沙漠，2027年开始运行。科学家们希望能解答有关合并超大质量黑洞性质的谜团，比如它们有多常见，是什么让它们走到了一起，还有什么其他因素促成了它们的凝聚。Chatziioannou说："多年来，人们一直试图用望远镜发现合并的超大质量黑洞。他们的距离越来越近，发现的候选黑洞也越来越多，但由于黑洞靠得太近，很难分辨。有了引力波这个新工具，将有助于更好地了解这些神秘的野兽。"瓦利斯内里说："这真是一个美丽的、不可能完成的实验：组装一个银河系大小的引力波探测器，由整个银河系的死亡恒星脉冲激发，并汇集了一个由射电天文学家、中子星和黑洞专家以及引力波科学家组成的多学科团队。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376151.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376151.htm

宇宙结构中的涟漪可能追溯到我们所知的一切的开始

宇宙结构中的涟漪可能追溯到我们所知的一切的开始中子星合并形成黑洞的数值模拟，它们的吸积盘相互作用，产生电磁波。资料来源：L.Rezolla(AEI)&M.Koppitz(AEI&Zuse-InstitutBerlin)"我们不能直接看到早期宇宙，但是如果我们探测当时的引力波是如何影响我们今天可以观察到的物质和辐射，也许我们可以间接地看到它，"在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上报告这一结果的论文的主要作者DeepenGarg说。Garg是普林斯顿等离子体物理项目的研究生，该项目设在美国能源部（DOE）的普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）。加格和他的导师伊利亚-多丁（IlyaDodin）同时隶属于普林斯顿大学和PPPL，他们从对聚变能源的研究中改编了这项技术，聚变能源是为太阳和恒星提供动力的过程，科学家们正在开发这种能源，以便在地球上创造电力，而不排放温室气体或产生长寿命的放射性废物。聚变科学家计算电磁波是如何在等离子体中移动的，等离子体是电子和原子核的汤，为被称为托卡马克和恒星仪的聚变设施提供燃料。事实证明，这一过程类似于引力波在物质中的运动。Garg说："我们基本上把等离子体波机器用于解决引力波问题。"引力波是爱因斯坦在1916年首次预测的，作为他相对论的理论，是由非常密集的物体的运动引起的时空干扰。它们以光速传播，在2015年首次被激光干涉仪引力波天文台（LIGO）通过华盛顿州和路易斯安那州的探测器探测到。Garg和Dodin创造了一些公式，理论上可以引导引力波揭示天体的隐藏属性，比如许多光年外的恒星。当引力波流经物质时，它们会产生光，其特性取决于物质的密度。物理学家可以分析这些光，发现数百万光年外的恒星的特性。这种技术也可以导致发现中子星和黑洞的粉碎，即恒星死亡后的超密度残余物。它们甚至有可能揭示出在大爆炸和我们宇宙的早期时刻所发生的信息。"这项研究开始时并没有意识到它可能变得多么重要。"Dodin说："我以为这对一个研究生来说是一个为期6个月的小项目，会涉及到解决一些简单的问题。但是一旦我们开始深入挖掘这个主题，我们就意识到对这个问题的理解非常少，我们可以在这里做一些非常基本的理论工作。"科学家们现在计划在不久的将来使用该技术来分析数据。"我们现在有一些公式，但得到有意义的结果还需要更多的工作，"Garg说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340503.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340503.htm