中子星碰撞事件GW170817帮助揭开暗物质之谜

中子星碰撞事件GW170817帮助揭开暗物质之谜两颗正在合并的中子星的艺术家插图。资料来源：NSF/LIGO/索诺玛州立大学/A.Simonnet类轴子粒子研究文理学院的物理学家布帕尔-德夫（BhupalDev）利用这次中子星合并的观测结果--天文学界将这一事件命名为GW170817--得出了关于类轴子粒子的新约束条件。这些假想粒子尚未被直接观测到，但它们出现在标准物理学模型的许多扩展中。轴子和类轴子粒子是构成科学家至今无法解释的宇宙中部分或全部"缺失"物质或暗物质的主要候选粒子。至少，这些相互作用微弱的粒子可以作为一种门户，将人类所知的可见部分与宇宙中未知的黑暗部分连接起来。《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上这项研究的第一作者、该大学麦克唐纳空间科学中心（McDonnellCenterfortheSpaceSciences）的研究员德夫说："我们有充分的理由怀疑，超越标准模型的新物理学可能就潜伏在不远处。"中子星合并的启示当两颗中子星合并时，会在短时间内形成一个高温、高密度的残余物。德夫说，这个残余物是产生奇异粒子的理想温床。残余物会在一秒钟内变得比单个恒星热得多，然后根据初始质量的不同，沉淀为一颗更大的中子星或黑洞。在这幅动画中，注定要灭亡的中子星呼啸着走向灭亡，它代表了在GW170817发生九天后观测到的现象。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室这些新粒子悄无声息地逃离了碰撞的碎片，在远离其源头的地方，可以衰变成已知的粒子，通常是光子。德夫和他的团队（包括华盛顿大学校友史蒂文-哈里斯（现为印第安纳大学NP3M研究员）以及让-弗朗索瓦-福尔廷、库弗-辛哈和张永超）发现，这些逃逸的粒子会产生独特的电磁信号，可以被美国宇航局的费米-LAT等伽马射线望远镜探测到。研究小组分析了这些电磁信号的光谱和时间信息，确定他们可以将这些信号与已知的天体物理背景区分开来。然后，他们利用费米-LAT关于GW170817的数据，推导出轴子-光子耦合作为轴子质量函数的新约束条件。这些天体物理约束与实验室实验（如轴子暗物质实验（ADMX））的约束相辅相成，后者探测的是轴子参数空间的不同区域。粒子物理学的未来前景未来，科学家们可以利用现有的伽马射线太空望远镜（如费米-LAT）或拟议中的伽马射线任务（如华盛顿大学领导的先进粒子-天体物理学望远镜（APT）），在中子星碰撞期间进行其他测量，帮助提高他们对类轴心粒子的理解。德夫说："中子星合并等极端天体物理环境为我们寻找轴子等暗部门粒子提供了新的机会之窗，轴子可能是了解宇宙中缺少的85%物质的关键。"编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423415.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423415.htm

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

新工具利用引力波窥视中子星内部

新工具利用引力波窥视中子星内部想象一下，将一颗质量为太阳两倍的恒星压扁到曼哈顿的大小，其结果将是一颗中子星--宇宙中任何地方发现的最密集的天体。事实上，它们的密度超过了在地球上自然发现的任何物质的几十万亿倍。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328411.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328411.htm

破解哈勃难题：中子星碰撞有望照亮研究宇宙膨胀之路

破解哈勃难题：中子星碰撞有望照亮研究宇宙膨胀之路近年来，天文学陷入了危机：尽管我们知道宇宙在膨胀，尽管我们知道膨胀的大致速度，但测量这种膨胀的两种主要方法却不一致。现在，尼尔斯-玻尔研究所的天体物理学家提出了一种新方法，或许有助于解决这一矛盾。宇宙膨胀自从大约100年前埃德温-哈勃和其他天文学家测量了周围一些星系的速度后，我们就知道了这一点。宇宙中的星系被这种膨胀"带"走，从而彼此后退。两个星系之间的距离越远，它们之间的移动速度就越快，而这种移动的精确速度是现代宇宙学中最基本的量之一。描述宇宙膨胀的数字被称为"哈勃常数"，它出现在宇宙及其组成成分的众多不同方程和模型中。星系静静地躺在太空中，但太空本身却在膨胀。这导致星系以不断增加的速度彼此远离。不过具体有多快还是个谜。图片来源：ESO/L.卡尔卡达星系在太空中静止不动，但太空本身却在不断膨胀。这就导致星系以越来越快的速度相互远离。不过具体有多快还是个谜。资料来源：ESO/L.卡尔卡达哈勃难题因此，要了解宇宙，我们必须尽可能精确地知道哈勃常数。有几种方法可以测量哈勃常数；这些方法相互独立，但幸运的是，它们得到的结果几乎相同。原则上，最容易理解的直观方法就是埃德温-哈勃和他的同事们在一个世纪前使用的方法：找到一堆星系，测量它们的距离和速度。实际上，这是通过寻找恒星爆炸的星系，即所谓的超新星来实现的。这种方法还辅以另一种方法，即分析所谓宇宙背景辐射中的不规则现象；这是一种古老的光形式，可以追溯到宇宙大爆炸后不久。这两种方法--超新星法和背景辐射法--得出的结果总是略有不同。但任何测量都有不确定性，而几年前的不确定性已经足够大，我们可以把这种差异归咎于不确定性。左半球显示的是1572年第谷-布拉赫（TychoBrahe）发现的超新星不断膨胀的残留物，这里用X射线观察（图片来源：NASA/CXC/Rutgers/J.Warren&J.Hughesetal.）。右图是用微波观测到的半边天宇宙背景辐射图。资料来源：NASA/WMAP科学小组尽管如此，随着测量技术的不断进步，不确定性也在不断减小，现在我们已经可以非常有把握地指出，这两个结果不可能都是正确的。这种"哈勃麻烦"的根源--是未知的影响系统性地偏离了其中一个结果，还是暗示了尚未发现的新物理学--是目前天文学最热门的话题之一。哈勃常数差异宇宙的膨胀是以"单位距离速度"来衡量的，每百万光年的膨胀速度略高于20千米/秒。这意味着，一个位于1亿光年外的星系以每秒2000千米的速度从我们身边退去，而另一个位于2亿光年外的星系则以每秒4000千米的速度退去。然而，利用超新星测量星系的距离和速度可以得到22.7±0.4千米/秒的结果，而分析宇宙的背景辐射则可以得到20.7±0.2千米/秒的结果。关心这样一个小小的分歧听起来似乎有些琐碎，但它可能意义重大。例如，这个数字出现在宇宙年龄的计算中，两种方法得出的年龄分别为128亿年和138亿年。准确测定星系的距离是最大的挑战之一。但在一项新的研究中，哥本哈根尼尔斯-玻尔研究所宇宙黎明中心的天体物理学博士生阿尔伯特-斯内彭提出了一种测量距离的新方法，从而有助于解决目前的争议。"当两颗超紧凑中子星--它们本身就是超新星的残余物--相互绕行并最终合并时，它们会发生新的爆炸，即所谓的千新星，"阿尔伯特-斯奈本解释说。"我们最近证明了这种爆炸如何具有显著的对称性，事实证明这种对称性不仅美丽，而且非常有用。"在刚刚发表的第三项研究中，这位多产的博士生表明，千新星尽管复杂，却可以用单一温度来描述。事实证明，千新星的对称性和简单性使天文学家能够准确推断出它们发出多少光。将这一光度与到达地球的光度相比较，研究人员就能计算出千新星距离地球有多远。他们由此获得了一种新颖、独立的方法来计算含有千新星的星系的距离。达拉赫-沃森（DarachWatson）是宇宙黎明中心的副教授，也是这项研究的合著者之一。他解释说："到目前为止，人们一直用超新星来测量星系的距离，但超新星发出的光量并不总是相同的。此外，它们首先要求我们使用另一类恒星（即所谓的仙王座恒星）来校准距离，而仙王座恒星也必须进行校准。有了千新星，我们就可以避开这些给测量带来不确定性的复杂问题。"初步发现和未来步骤为了证明其潜力，天体物理学家将该方法应用于2017年发现的一颗千新星。结果是哈勃常数更接近本底辐射法，但千新星法能否解决哈勃麻烦，研究人员还不敢妄言："阿尔伯特-斯内彭提醒说："到目前为止，我们只有这一个案例研究，还需要更多的例子才能确定一个可靠的结果。但我们的方法至少绕过了一些已知的不确定性来源，是一个非常"干净"的研究系统。它不需要校准，也不需要修正系数。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388791.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388791.htm

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TDChannelProjectAndoria-载人冥王星任务（KSPRSS/RO/ROKerbalism）Part1https://www.youtube.com/watch?v=71cKLDtyyWkPart2https://www.youtube.com/watch?v=RoWJGOfvxL0Part3https://www.youtube.com/watch?v=waZ9NyPz-G0