引力波与黑洞

2015年9月14日,LOGO探测到来自两个质量分别为29个太阳质量和36个太阳质量的黑洞并合产生的引力波。这是人类第一次探测到黑洞并合事件,也是第一次探测到来自宇宙的引力波信号。那么,什么是引力波？什么是黑洞？它们是怎么发生碰撞的？碰撞后又发生了什么？本文将做出解释。     

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<正>人类首次"看到"引力波全球多国科学家10月16日同步宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并产生的引力波,并同时发现这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。我国第一颗空间硬X射线调制望远镜卫星"慧眼"和位于南极的巡天望远镜,都对此做出巨大贡献。本次引力波事件GW 170817是人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的新型引力波事件(区别于以往发现的双黑洞并合),发生在距离地球1.3亿光年之外的编号为NGC 4993的星系中。引力波是黑洞等极端天体物理过程中引力场急剧变化。人们形象地称它产生时空扰动并向外传播的现象为"时空涟漪",这种时     

人类首次探测到中子星-黑洞并合

<正>2020年1月5日,美国的地基激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, LIGO)探测到首例中子星-黑洞并合事件GW200105.这是继2015年9月14日探测到双黑洞并合引力波事件GW150914、2017年8月17日探测到双中子星并合事件GW170817之后,人类首次探测到中子星-黑洞并合事件(图1和2).     

和LIGO一起倾听天籁之音

正100年前,爱因斯坦用广义相对论预言了引力波的存在,认为引力是弯曲时空的产物,引力波就是大质量物体相互影响时产生的时空涟漪。如今,科学家终于探测到了引力波存在的直接证据。2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家宣布发现了13亿光年之外的两个黑洞碰撞产生的引力波的信号,这个被称作GW150914的引力波是在去年9月14日被LIGO检测到的。理论上,宇宙中应该不乏引力波的痕迹。像超新星爆发、中子星超速运转、黑洞双星或双中子星旋近这些外力     

首例引力波探测事件GW150914与引力波天文学

100年前,爱因斯坦从广义相对论出发,在理论上预言了引力波的存在.自20世纪60年代开始,科学家开始试图在实验上检测来自不同天体物理过程和宇宙学演化过程的引力波信号.经过了50多年的努力,位于美国的LIGO引力波探测器在2015年9月14日终于首次直接探测到了双黑洞合并的引力波信号,为人类的天文学研究打开了一扇全新的"引力波窗口".可以预见到在不久的将来引力波研究会从各个不同的引力波频段上探索宇宙的未知信息.本文从引力波的物理内容、空间和地面的探测手段及噪声限制、引力波在天体物理学等方面的可预见的科学产出、国内和国际上在这个研究领域的最新发展动态等方面,对引力波天文学做了简单的综述和讨论.另外,本文还就LIGO的首例引力波直接探测事件GW150914及其背后的双黑洞合并的物理过程做了一定的介绍.     

天琴计划与国际合作

<正>2016年2月11日,LIGO(theLaserInterferometer Gravitational-Wave Observatory)科学合作组宣布于2015年9月14日探测到来自GW150914的引力波信号~([1]).这是人类首次直接观测到引力波,也是人类首次观测到双黑洞并合的天文现象.全世界新闻媒体争相报道,造成极大轰动与回响.引力波探测的实现使人类进入了利用引力波来探     

科学和体育一样,场外工作同样重要

正2019年2月14日,美国国家科学基金会以及英国研究和创新中心高调公布了一项总金额为3 000万美元的项目,旨在将激光干涉引力波天文台(LIGO)探测天线的灵敏度提高1倍。2016年,LIGO因探测到黑洞相撞发出的时空涟漪(引力波)而震惊世界。就在前一天,美国宇航局(NASA)     

并合双星系统的引力波理论模型

引力波直接探测已经被LIGO成功实现.在GW150914的数据处理中引力波理论模型起到了关键作用.理论模型不仅从原始数据的噪声中挖掘出引力波信号,使得探测结果的置信度达到5.1σ,而且还证认出其波源是并合的双黑洞.除了LIGO这样的地面引力波探测器,还有脉冲星计时计划和空间引力波探测计划等.在所用的这些引力波探测计划中,理论模型都扮演着信号提取和波源反演的重要角色.随着引力波天文学的逐渐开展,理论模型研究的重要性和紧迫性将变得越来越明显.双星系统是上述所有引力波探测计划最为重要和最为现实的波源.本文对双星系统的引力波理论模型研究现状作一个概括性介绍,并指出存在的问题和以后可能的研究方向.     

LIGO发现引力波:一个新时代的起点

2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到来自两个恒星质量黑洞并合所产生的引力波信号GW150914。这是一个划时代的发现,正式标志着人类探索宇宙的脚步步入了一个新的纪元。本文就什么是引力波、如何探测引力波,即这次探测相关的种种细节进行了分析与讨论。     

引力波天文学的新浪潮

正2015年,人类首次探测到了黑洞碰撞产生的时空涟漪。现在,天体物理学家把搜寻目光转向了大爆炸本身产生的波。科学家认为,大约在大爆炸开始之后一百亿亿亿亿分之一秒时,宇宙经历了一段虽然短暂但非常剧烈的快速膨胀时期。这一现在被称为"暴胀"的事件,实在是太过猛烈,以致空间与时间的结构都产生了剧烈震动,同时释放出引力波。与之相比,6年前,     

全球合作推动人类知识进步

<正>全球科研人员合作的"事件视界望远镜"项目2019年4月10日发布了人类获得的首张黑洞照片。长久以来,黑洞只不过是广义相对论的预言、爱因斯坦的方程、模拟电脑图像、引力波等项目的间接证据,或者科幻小说的想象。然而,当全球科学界将分布在世界各地的8个射电望远镜(阵)组成"地球级别"的虚拟望远镜阵列,同一时刻、同一方向,对准同一片遥远星空,就连黑洞——这些深藏于宇宙各处的引力     

探测器发现更多引力波

<正>在利用3架探测器进行了仅一个月的新一轮观测活动后,物理学家于2019年5月2日发布新闻公报说,他们发现了更多的引力波。自2015年首次探测到引力波以来,这些探测器已探测到13次由双黑洞碰撞产生的引力波、两次由双中子星碰撞产生的引力波,此次又探测到可能由黑洞和中子星碰撞产生的引力波。与此同时,伴随着探测量的不断增加,一位理论学家取得的一项进展,有望改变研究小组分析信号的方式,从而使检验阿尔伯特·爱因斯坦     

透镜化引力波的散射问题及其应用

引力波的直接探测开启了引力波天文学时代.引力波传播路径中的大质量天体,例如黑洞、星系、星系团会散射引力波,发生引力透镜化引力波现象.这种现象包含动态引力场(引力波)、静态引力场(透镜体)以及宇宙学信息.透镜化引力波是引力波探测器重要科学目标之一.本文介绍了利用测地线方程、透镜方程和波动方程研究透镜化引力波的定态散射问题,回顾了利用透镜化引力波-电磁波系统研究引力波张量特性、干涉和衍射效应,以及其在引力波速度、哈勃常数、宇宙曲率、透镜体质量和子结构等方面的应用.     

目睹引力波的第一人

正2016年2月11日,在激光干涉引力波天文台(LIGO)工作的物理学家宣布,在几十年的努力后,他们已经检测到两个大质量黑洞爆炸性碰撞所引起的引力波(也就是时空涟漪)。LIGO是设置在路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两台庞大的仪器,为LIGO工作的科学家有一千人之多,但其中到底谁才是第一个见到人类等待了许久的信号的幸运儿呢?这份荣耀最终落在了一位说话嗓音轻柔的博     

从大学辍学生到发明引力波探测器——雷纳·韦斯访谈录

正大约50年前,雷纳·韦斯(Rainer Weiss)就想到了探测引力波的办法。引力波是爱因斯坦广义相对论引力理论中所预测的无限小的时空涟漪。去年9月,关于引力波的预测终于梦想成真,1 000名物理学家通过激光干涉引力波天文台(LIGO)分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两个巨大的探测器,终于在2015年9月检测到了引力波:十亿光年外两个巨大黑洞碰撞时产生的脉冲波辐射。周围同事们猜测,麻省理工学院(MIT)物理学家     

前沿

正1人类首次直接探测到引力波美国国家科学基金会召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布:人类首次直接探测到引力波。这次探测到的引力波是由13亿光年之外的2颗黑洞在合并的最后阶段产生的。探测到的引力波信号初始频率为35 Hz,接着迅速提升到了250 Hz,最后变得无序而消失,整个过程持续了仅0.25秒。     

首张黑洞照片诞生——谈黑洞的前生今世

1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论,这不仅改变了人类对宇宙的认识而且还深深地影响了我们的日常生活,其中广义相对论一个著名的预言就是黑洞。目前,天文学家发现几乎每个星系中心都存在一个百万到百亿个太阳质量的巨型黑洞,而且每个星系中可能还存在上亿个恒星级黑洞。中等质量黑洞是否存在目前还不确定。黑洞存在的间接证据已经有很多,但人类更渴望直接看到黑洞的面目。黑洞虽然本身并不发光,但可以将吸积物质的引力能通过吸积盘变成辐射,从而被我们看到。北京时间2019年4月10日21时,事件视界望远镜项目在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿全球六大城市同步举行新闻发布会,公布人类获得的首张黑洞照片。这张照片摄自梅西耶87(M87)星系中心的黑洞,重约60亿太阳质量,距离地球5 600万光年,由全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列)进行联网观测,项目团队包括来自中国科学院上海天文台等单位的10余名中国成员。可以说"人类首张黑洞照片"是继2016年发现引力波之后人们寻找到的爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。本文还对未来中国在黑洞研究方面的重大项目做了简单介绍和展望。     

黑洞——开启“多信使”天文学的新时代

黑洞是宇宙中最为神秘的天体,很长时间内它只存在于理论假设当中。随着现代天文学的发展,如今已经获得了很多关于黑洞存在的相关证据。特别是随着引力波和中微子探测技术的发展,我们不仅可以通过电磁辐射,而且可以通过其他"信使"来了解黑洞,从而真正开启多信使天文学的新时代。     

阅读·评论

<正>2015年9月14日,人类首次探测到了来自双黑洞合并的引力波信号。201 9年4月10日,我们第一次看见了黑洞的模样。整个物理学界为之沸腾。一个多世纪以前,爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的存在。从那时起,黑洞的奇异和谜一般的特性便激起了科学家和大众的好奇心。《黑洞之书》将带领读者展开一场探索黑洞奥秘的神奇之旅,令人眼界大开。从史瓦西     

黑洞相撞

天体物理学家近日宣布,他们已经成功模拟了迄今最极端的两个黑洞相撞：其中—个黑洞的质量是另—个的100倍。科学家说,当发生两个黑洞碰撞的现实情况时它们的质量不可能一样。当两个星系相撞时,它们各自包含的黑洞就可能发生碰撞,两个黑洞的质量比有可能从2比1到100万比1,两者将互相坠入对方,通过辐射引力波而失去大量的轨道能量。