双中子星合并的前世今生,32座望远镜通力合作捕获宇宙喷泉奇观!
宇宙让人类的向往之处,就在于它的无尽奥秘。双中子星合并的前世今生,这一次的探索发现中国也参与其中。福布斯新闻网和美国太空网联合发布了一则最新消息,32座望远镜力合作捕获了“宇宙喷泉”奇观!(中国包括3座望远镜,分别位于昆明、乌鲁木齐和上海),双中子星合并会产生喷流(接近光速)的推论首次被科学家们证实了!
32座望远镜确定宇宙喷泉
原来,双中子星并合事件爆发所产生的物质,并不是受到阻碍被“呛住”的喷流,更不是所谓的“茧”喷流。而是一个接近光速、喷泉一般的真喷流(宇宙喷泉)。
为了确定双中子星并合后产生物质的具体结构,此次共有32座独立射电望远镜参与其中,对于事件的观测周期长达爆发后的207.4天,全程通过伽马射线暴(射电余晖)的方式进行。
这一次的探索结果有非常重要的意义,第一次确定了双中子星并合后产生物质的具体形态。不仅解决了之前一直困惑大家的难题,同时,也预估出在双中子星的并合事件中,宇宙喷泉形成的概率大约是10%左右。
双中子星并合的首次发现
早在2017年,LIGO和Virgo便探测到了GW170814(双中子星并合引力波),科学家们“看见”了这次事件发出的电磁信号。它们来自于1.3亿光年之外,所引起的辐射和x射线余晖在150天之后快速衰退,科学家们一直对此耿耿于怀,出现了不同的看法争议。
科学家们对余晖辐射模型的争议
能够发现双中子星并合这个事件,本是一件让所有人欢呼雀跃的事,但随之而来的便是由此所引发的争议,这其中首当其冲的就是关于余晖辐射的模型应该作何解释。
第一种解释:科学家们认为该次事件中所形成的喷流是无阻的,同时,在它的周围包裹着一种特殊物质,名字叫做“茧”。而后,这些“茧”呈现出一种广角外向流的形态。在之前的数据观测中,结果也相对更加支持这一种模型说法。
第二种解释:当双中子星并合之后,该事件的X射线和辐射延迟发生的高峰期是在前150天,而后制造出的余晖和伽马射线暴形态应该是这样的。这些喷流收到了阻碍,并且,不能通过自身避开双中子星合并所分出的富含中子物质。
什么是双中子星并合引力波
在引力波GW170814刚刚被探测到的时候,有科学家认为人类进入了一个新的时代,可以称之为“引力波常态化”时代。那么,这样的引力波和以前的黑洞引力波有什么不同之处吗?
其实,从中子星和黑洞从它们的诞生来说是相同的,都是因为大质量的恒星死亡(恒星级黑洞)而出现。中子星有自己明显的特征,比如质量是太阳的1.4倍,半径大约比太阳史瓦西半径大一倍多(10公里左右)。
任何两个因为引力而相互绕转的星球都会有辐射引力波,虽然这股引力波一般都会相对比较柔软。但只要他们之间的距离达到绕转天体史瓦西半径,所产生的引力波便会非常强大,这也就是
为什么人类可以探测到它的存在。
这个时候,你可能有了一个新的疑惑,那就是:什么是史瓦西半径?其实,这是一个由质量定义的临界半径。黑洞便是当物体被挤进史瓦西半径而形成。3公里,是一个天体(太阳质量)的史瓦西半径。如果两个黑洞发生合并,那么他们的距离是很接近史瓦西尺度的,这便是双黑洞(双中子星)并合后引力波新号超强的原因。
双中子星并合和黑洞并合有何不同
双中子星的并合中所产生的喷流对“多信使天文学”有重要意义,就像是一场精彩绝伦的电影,不管是声音还是图像,都为我们带来了听觉和视觉上的冲击。正是因为有了这些全面的信息,才让我们对了解它的本质有了数据依托。
黑洞一般都认为是坍缩而成,一般它的质量(恒星级)会至少是太阳的三倍。当然,很多时候科学家们所探测到的黑洞质量往往会更大,比如说LIGO所探测到黑洞质量达到了太阳的30倍之大。也就是说,如果盖恒星初生质量是太阳的8-20倍之间,那么它死亡之后形成的中子星会在太阳质量的1.2-2倍这个范围。
判定是黑洞并合还是双中子星并合有一个重要的依据,那就是双中子星并合可以达到很高的引力波频率。当它的质量越小所产生的绕转频率便会越快。频率是引力波的一个重要特征参数,之所以LIGO说发现的是双中子星并合,正是因为事件频率所导出的“chirp mass”(啁啾质量)。并且,它的大小无法通过黑洞来解释。
双子星并合有什么样的意义
当科学家们第一次探测到双中子星并合引力波事件的时候,他们的心情甚至比人类第一次探测到引力波的时候还要激动。尽管早在400多年以前,人类就可以通过天文望远镜来观察宇宙中各种美丽神秘的天体,但是在上位探测到引力波以前,人类在面对宇宙的时候,就像是一个聋子。
2016年2月12日,是人类第一次听到两个黑洞结合的声音。但人类依然像一个瞎子一样,无法看到这些发出引力波的天体是怎样的存在。而那一次的双中子星并合事件,人来不仅听到了天体发出的引力波,而且还看到了他们的倩影,以及事件所形成的喷流。
从此,整个世界的望远镜都向着那个方向,因为可以看到和听到那些预言会如约而至的电磁信号。这是引力波天文学的重要里程碑,同时,也开启了人类探索宇宙的新纪元。除了该领域本身的进步,对于其他领域的结合也将发生积极的作用。
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