又“听”黑洞并合 “猴年马月”并不遥远

2016年06月16日08:02  来源:科技日报
 
原标题:又“听”黑洞并合,“猴年马月”并不遥远

  双黑洞并合示意图  图片来源:SXS

  记者 徐 玢 高 博 张盖伦 刘园园

  北京时间6月16日凌晨,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)与欧洲Virgo引力波探测器在美国天文学会圣地亚哥会议上共同宣布,在高新LIGO探测器的数据中确认了又一起黑洞并合事件。

  确认不是孤例

  中国科学技术大学天文系教授蔡一夫说,LIGO宣布初次发现前,大家对引力波探测和中小质量黑洞探测感到悲观,怀疑这一技术不成熟。四个月前人类首次探测到引力波后,有学者认为这是一起观测孤例。

  “他担忧地说:‘下次观测到不知是猴年马月了’。果然,在‘猴年马月’又宣布了一项观测结果。”蔡一夫说。

  “遵循天文学传统,两个事件就是一个族群了,所以我们终于可以说发现了双黑洞的族群。”湖北第二师范学院副教授、引力波研究者范锡龙说。

  “如果这次引力波事件的确来自两个10倍左右太阳质量的黑洞并合,那么说明今后这种高频引力波探测的事件检测率将会比较高。”中科院高能物理所研究员张双南在网络上说,第一个引力波事件来自两个30倍左右太阳质量的黑洞的并合,那种黑洞以前科学家所知甚少,而10倍左右太阳质量的黑洞在银河系和附近星系内很常见,有利其电磁波对应体的搜寻。

  “引力波信号,如同在浩渺宇宙中给出了一个方向,圈出了一个区域,发挥着‘指哪打哪’的作用。我们可以进一步去寻找引力波事件的电磁对应体,去多方面确证黑洞的性质。”中国科学院国家天文台研究员苟利军告诉科技日报记者。

  新技术立功了

  “这次难度比上次更大。”范锡龙说,“在噪声中发现信号,就好像在鸡群中找仙鹤。上次的引力波信号GW150914很强烈,好像是一群鸡里一下子看到了一只成年仙鹤。这次的信号比较微弱,好像要找出一只和鸡差不多大的小仙鹤,光看个头是行不通了,还要全面对比细节。这次用到的技术叫“匹配滤波”,能找出更弱的信号。”

  范锡龙说,多次优化后,该技术可实时处理数据,这次信号在到达探测器70秒后就被发现了!这也为科学家寻找更多、更弱的引力波信号开辟了新的渠道。“虽然比较弱,这次信号的致信度还是高于5希格玛。这说明虽然体型小,但是一只小仙鹤还是和其它鸡有显著的不同。”

  范锡龙说,LIGO积累的数据中,其实有不少“疑似”双黑洞并合信号。但只有置信度高于5希格玛的结果才能被确认。这次“双黑洞绕转并合”的引力波信号GW151226由位于美国路易斯安那州和华盛顿州的一对LIGO探测器分别测出。

  “第一时间的科学发现总是非常困难,需要非常慎重,反复检查结果,但一旦能够确认、熟悉这种信号的特征,就会变成一种常规的技术。”中国科学院高能物理研究所研究员曹俊在网络上说,“据我所知,LIGO手上还有四五个这样的信号,只是现在还不能确认,需要进一步检查。”

  这次并合更慢

  范锡龙指出,这次观测到的GW151226的信号长度(1秒)比GW150914(0.2秒)长,意味着可以在LIGO的观测区域内看到两个黑洞绕转更多圈数,这有助于精确测量它们绕转的轨道周期变化。

  双黑洞并合是个越绕越近、越绕越快的过程。科学家希望它俩别太心急,悠着点儿。这样就能看到双黑洞绕转更多圈。LIGO这次幸运地观察到了一对有耐心的黑洞。

  “此次并合的两颗黑洞质量分别为约14倍和约8倍太阳质量,小于上次发现的双黑洞。它们绕转周期的变化速度更慢,这次科学家看到了两颗黑洞互相绕转了50多圈,而上次仅看到20多圈。这对于希望确定黑洞质量的科学家来说是好消息。”范锡龙说。

  发现黑洞自旋信息

  “此次的一个重大发现是获得了黑洞并合前的自旋信息。”范锡龙说,双黑洞的自旋方向对理解双黑洞形成机制很重要。

  “科学家认为双黑洞系统有两种形成可能:孤立双星演化,或者一颗黑洞捕捉另一颗。孤立双星演化形成的双黑洞,一般来说自旋方向关系着轨道绕转方向。”范锡龙说,上次发现的黑洞系统由于绕转太快,很难测出自旋信息。而这次科学家确信,双黑洞中至少有一个黑洞有自旋。

(责编:马丽、赵竹青)

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