2017年8月17日，探測器發(fā)現(xiàn)了兩顆中子星碰撞產(chǎn)生的引力波（在這位藝術(shù)家的印象中顯示）。科學(xué)家們還觀察到了能量事件引起的伽馬射線爆發(fā)。Don Lincoln是美國能源部Fermilab的資深科學(xué)家，F(xiàn)ermilab是該國最大的大型強子對撞機研究機構(gòu)。他還為公眾寫了關(guān)于科學(xué)的文章，包括他最近的“ 大型強子對撞機：希格斯玻色子的非凡故事以及其他會讓你大吃一驚的東西”（約翰霍普金斯大學(xué)出版社，2014年）。你可以在Facebook上關(guān)注他 。

引力波研究界似乎有一連串的好運。幾個星期前，兩個以相應(yīng)的引力波探測器命名的研究小組--LIGO和Virgo合作 - 首次宣布聯(lián)合探測時空結(jié)構(gòu)中的這些漣漪。漣漪是由高度精力充沛的粉碎產(chǎn)生的 - 在這種情況下是一對合并的黑洞。幾天后，諾貝爾獎委員會宣布，它已授予三位物理學(xué)家2017年諾貝爾物理學(xué)獎，因為他們可以發(fā)現(xiàn)引力波。

他們探測到引力波與一群強大的望遠鏡所見的遙遠的可見光閃現(xiàn)相關(guān)聯(lián)。這一次，觀察的是合并，而不是黑洞，而是兩顆中子星 - 極其密集的恒星胴體。更準(zhǔn)確地說，路易斯安那州和華盛頓州的兩個LIGO探測器觀測到這些波浪 - 而意大利比薩附近的處女座沒有。這意味著事件發(fā)生在處女座盲區(qū)，這有助于確定合并的位置。

在LIGO探測到引力波后不到2秒，兩顆軌道衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)宇宙中最強大的爆炸類型，稱為伽馬射線爆發(fā)。爆發(fā)起源于NGC 4993，這是一個距離Hydra星座約1.3億光年的橢圓星系。LIGO和Virgo的合作領(lǐng)導(dǎo)人使用一套長期適用于這種引力波檢測的協(xié)議，通知了世界天文學(xué)界的成員，他們將望遠鏡轉(zhuǎn)向南方天空的伽瑪射線和引力區(qū)域。波浪起源。在那里，天文學(xué)家在天空中發(fā)現(xiàn)了一種新的光。

結(jié)合引力波觀測可見光與這些宇宙波紋的早期例子不同，并暗示了不同的機制是原因。成對的黑洞無形地融合在一起，但是一對相互撞擊的中子星是完全不同的野獸。像這樣的事件是災(zāi)難性的，加熱到不可思議的溫度和宇宙中的爆破光。中子星是恒星殘骸，當(dāng)大型恒星進入超新星時會發(fā)生，導(dǎo)致它們的核心崩塌。當(dāng)核心坍縮時，恒星原子的質(zhì)子和電子合并在一起成為中子。結(jié)果基本上是一個緊湊的中子的城市大小的球，但質(zhì)量與我們自己的太陽相似。中子星物質(zhì)是非常密集的 - 以至于其中的一小部分物質(zhì)會像一座小山一樣重。

超過一定的閾值質(zhì)量，中子星不可能存在，因為它們的引力變得如此之大，以至于恒星坍縮成黑洞。這種崩塌發(fā)生的確切質(zhì)量是不確定的，但它取決于中子星物質(zhì)的溫度和中子星旋轉(zhuǎn)的速度。當(dāng)兩顆中子星碰撞時，可能會發(fā)生兩件事之一。如果兩顆恒星足夠小，結(jié)果將是一顆更大的中子星。但是，如果兩顆恒星的總質(zhì)量超過閾值，則中子星將消失在一個黑洞中。今天報道的數(shù)據(jù)還不能確定在這種情況下發(fā)生了什么。殘余物是有史以來觀測到的最重的中子星之一，或者是最輕的黑洞之一。

雖然我們無法確定，但結(jié)果似乎更有可能是一個黑洞。那是因為黑洞的形成通常伴隨著伽馬射線的爆發(fā)。如果結(jié)果是較大的中子星，碰撞中的碎片應(yīng)該在伽馬射線逃逸之前捕獲它們。鑒于觀察到伽馬射線爆發(fā)，第一種選擇被認為更有可能。但現(xiàn)在要確定兩種方式還為時尚早。那么我們對今天報道的事件了解多少？毫無疑問，毫無疑問，這是一個過度使用的玩笑，很久以前，在遙遠的星系中，兩顆中子星相互繞行。在過去的時間里，它們發(fā)出了不可察覺的引力波，這些引力波帶走了能量。

阿爾伯特愛因斯坦在1916年預(yù)測了引力波的存在，這是他的廣義相對論的結(jié)果。廣義相對論解釋了引力作為空間和時間彎曲的行為。巨大的物體實際上扭曲了宇宙的形狀。當(dāng)這些物體移動時，它們可以在空間中設(shè)置以光速移動的波浪，就像鵝卵石落入池塘?xí)r形成的漣漪一樣。

當(dāng)軌道中子星從引力輻射中失去能量時，它們的軌道半徑減小并加速。在兩顆恒星合并之前的最后時刻，它們以接近光速的速度行進。由于中子星的質(zhì)量較低且尺寸大于黑洞，因此與先前觀察到的黑洞合并相比，它們彼此之間的距離更遠。這意味著發(fā)射的引力波比早先發(fā)布的類似事件中的引力波要小得多。因此，我們的引力波探測器只對距離地球更近的中子星碰撞很敏感。另外，引力波具有不同的特征。當(dāng)兩顆中子星合并時，可探測的引力波可以持續(xù)約一分鐘。

相反，引力波穿過宇宙，直到它們越過太陽系。地球上的三個探測器 - 兩個在美國（LIGO）和一個在意大利（處女座） - 觀察引力波經(jīng)過的微妙拉伸和壓縮空間。每個探測器的形狀為L，每條腿長約2英里（3.2公里）。使用激光和反射鏡，該設(shè)備可以檢測到L的每條腿的長度遠小于質(zhì)子的變化。靈敏度相當(dāng)于測量從這里到半人馬座阿爾法星的距離，并且能夠看到變化小到厚度的變化。一根頭發(fā)。隨著引力波的發(fā)射，伽馬射線也隨之發(fā)射。他們還在NGC 4993和地球之間旅行了1.3億光年，并由NASA Fermi和ESA INTEGRAL衛(wèi)星觀測到。

智利的一小撮望遠鏡幸運地成為第一批看到之前沒有的新的，明亮的光源的人。例如，布蘭科望遠鏡揭示了合并地點的身份，盡管其他幾個設(shè)施也進行了同時觀察。一旦確定了位置，其他望遠鏡就可以加入，包括美國宇航局的哈勃太空望遠鏡和錢德拉X射線天文臺。這些觀察結(jié)果發(fā)生在接下來的兩周全球。那么，這個觀察有什么用呢？那么，我們現(xiàn)在進入了一個天文學(xué)的新時代。研究人員在天空中尋找壯觀的宇宙事件時，不再局限于電磁波譜; 他們現(xiàn)在可以在混合中添加重力觀測。

但是，更具體地說，這一測量最終證實了中子星合并是伽馬射線爆發(fā)的一個原因。人們早就懷疑這一點，但伽瑪射線和引力波的同時觀測使其成功。合并中子星也是地球上發(fā)現(xiàn)的最重的化學(xué)元素的來源。這一新的觀察將揭示這是如何發(fā)生的。此事件的測量結(jié)果已經(jīng)證實，黃金，鈾和鉑金已經(jīng)形成。很可能，你或你父母的結(jié)婚戒指的金幣起源于數(shù)十億年前兩顆中子星的合并。

可以回答的一個基本問題是引力波的速度。長期以來一直被認為是光速，2003年的初始測量是在木星經(jīng)過一個遙遠的類星體前進行的，確認光和重力以相同的速度傳播 - 盡管測量不是很精確。然而，今天的測量令人驚嘆。在行進了1.3億光年之后，以重力和微波速度行進的伽馬射線在重力的速度下以1.7秒的速度到達地球，引力波首先到達。這是對重力速度的結(jié)論性測量。

雖然今天的測量是令人興奮的，但重要的是要記住它只是一個觀察。更令人興奮的是，天文學(xué)家剛剛開始利用這種能力。引力波探測器剛剛開始告訴我們宇宙中一些最暴力的事件。我還不知道他們會告訴我們什么故事，但它會很有趣。