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LIGO引力波数据产生新见解

两个黑洞互相缠绕成螺旋状,最终合并成一个后孔的图示。
二合一:合并二进制黑洞

LIGO合作组织的研究人员上周宣布,他们已经探测到有史以来的第一次重力波-从两个合并的黑洞中喷涌而出-还发现了第二次可能的重力波事件。虽然来自“LVT151012″LIGO小组说,它比证实的“ GW150914”事件弱得多,它很可能具有天体物理源,并且是由两个合并的黑洞引起的。研究人员还发现“数据中的几个甚至更不重要的事件,很可能是由于检测器上的一些干扰所致””,他们现在正在对其进行分析,以查看是否有来自引力波。他们的结论,预计在今年的过程中,将看到引力波天文学的新时代终于开始。

尽管LVT151012是下一个最有趣的候选事件,但有关该数据的统计信息目前尚不足以在统计上显着(大约2σ)以至于无法将其声明为“检测”,并且团队将需要对其进行进一步分析以说明这是否是真实事件。或噪音。尽管如此, LIGO科学家Amber Stuver美国路易斯安那州LIGO利文斯顿天文台的科学家告诉 physicsworld.com 去年10月检测到的候选事件的信号与GW150914的信号相似,并且“干净清晰”。这些事件表明,二元黑洞合并的速度比预期的高,每年每立方吉帕斯卡6到400之间。

确实,斯图弗指出,GW150914事件中合并的恒星质量黑洞本身令人惊讶。天文学家以前认为,这样的恒星质量双星根本不会形成,或者如果形成的话,它们将相距太远而无法在宇宙时代融合。 LIGO的发现表明这是不正确的,这促使Stuver希望这将是一场天文学的革命。

第一个黑洞信号

詹姆斯·霍夫 英国格拉斯哥大学(University of Glasgow University)的斯图弗(Stuver)对此表示赞同,并指出LIGO的发现也是我们唯一有证据证明存在任何黑洞。天文学家此前仅获得了X射线形式的间接证据,这些证据是物质掉入其他黑洞,以及银河系恒星的轨道畸变,而银河系中心存在超大质量黑洞。

霍夫说,研究小组可以确定GW150914事件中的波浪来自两个合并的恒星质量黑洞,因为波浪与系统的大小直接相关。他解释说,物体的半径使得它们必须是具有质量的黑洞。 “我认为毫无疑问。”

他补充说,来自GW150914的信号是如此完美和清晰,几乎不需要复杂的数据分析就可以从LIGO的数据中提取出来。信号在检测器中持续了将近0.2 s,从大约30 Hz扫描到150 Hz,几乎与这种波所预期的一样。

匹配模板

根据Stuver的说法,LIGO有一个庞大的“模板库”,其中包含对每种可能的合并类型的详细模拟和预测-无论是双星黑洞还是中子星-具有许多不同的排列和可能的质量组合。每个模板都会产生一个独特的重力波信号,研究人员的计算机系统会积极寻找它与输入信号之间的高度相关性。如果两者都关闭,则标记检测到。对于GW150914,这种相关性非常明显,并且立即可以注意到。

LIGO使用另一种方法来检测来自未知源的“爆发”引力波,对此我们没有模型(例如超新星),涉及寻找数据中的“统计显着异常”。两种计算方法都可以轻松拾取GW150914信号,从一开始就提高了它被检测到的机会。尽管如此,团队还是在接下来的四个月中确认了发现。 “我们尽一切努力表明 她说:“这是一个真正的信号,但它克服了所有障碍。”

由于检测非常清晰,研究人员得以弄清诸如最终黑洞旋转的信息。 LIGO发言人 加布里埃拉·冈萨雷斯(GabrielaGonzález)来自美国路易斯安那州立大学的科学家解释说,这种自旋使引力波形失真,并留下了LIGO能够检测到的标记。她说:“我们产生具有各种自旋,各种质量的各种波形。”然后将它们与数据进行匹配,以找出最合适的数据。

González补充说,由于旋转不大,因此来自GW150914的旋转信息也很有趣。发现最终黑洞的“自旋参数”仅为0.67,这非常低,因为预计高质量黑洞的自旋接近最大值1。González说,从LIGO中找出原因’的数据将为理论家和天体物理学家提供深厚的土壤。“We’只是继续检测波形并收集数据,” she adds.

引力波还可能包含有关暗物质性质的关键信息。尽管现在尚无法确定当前的检测是否可以揭示有关暗物质的任何信息还为时过早,但霍夫认为很有可能“我们将来可能会看到一些有关信号到达我们时失真的方式的信息 ”.

物理学家吉姆·盖茨(Jim Gates Jr)对引力波的发现感到高兴, 在他个人的物理发现清单中。在下面的音频片段中,他向我们介绍了引力波天文学的未来。

 吉姆·盖茨(Jim Gates)关于LIGO探测到引力波的影响

 

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