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“无间道”绕转双黑洞产生引力波

2019-10-09 17:35:17

 科学家在黑洞观测领域获得了突破性的进展,为了发现遍布宇宙的黑洞天体,他们准备明年重新启动美国的两个探测器,通过对数百个黑洞的发现,科学家希望寻找黑洞在数百、数亿年之前发生的相互碰撞事件和由此释放的引力波。太空引力波好像在海洋中穿越的波纹、或波动的涟漪。人们看不见引力波和黑洞,强大无比的宇宙天体躲藏在黑暗世界之中。借助先进的探测仪器,科学家希望发现它们的踪迹。科学精神就像一句歌词的表达,“所有的一切是为了找到它,哪怕付出生命的代价”。两台更新的引力波探测器外形好像巨大的麦克风,科学探测的使命是为了发现黑洞的相互碰撞留下的引力波痕迹。

 卡迪夫大学物理学和天文学学院的科学家在马克·汗南博士带领下取得了突破性进展,科学团队建立了能够预测所有潜在引力波信号的理论模型,两台探测器经过了技术升级,以有效地检测微弱的引力波信号。卡迪夫大学的科学团队希望将创新模型打造成“发现者指南”,将理论模型和巨大的LIGO引力波探测器协同一致,以正确辨识的波形揭示黑洞相互绕转和碰撞的奥秘。汗南博士解释说,飞速旋转的黑洞将引起黑洞轨道的摇摆,好像旋转的陀螺在倒地前出现了摇摆现象一样,黑洞旋转的摇晃现象揭示了它们彼此“狂野不羁”绕转的轨迹,极端复杂的引力波信号从中产生,科学团队开发的模型能够预测黑洞的旋转轨迹,从而帮助科学家在探测数据中发现引力波信号。

 卡迪夫大学的科学团队包括博士和博士后研究生,协作方既有欧洲和美国的大学,也有世界各地的大学和研究机构,国际科学家共同合作的目标是为了揭示宇宙如何起源的奥秘。汗南博士解释说,旋转黑洞的轨迹看起来似乎完全纠缠,好像一团乱麻没有任何线索,然而,人们设想一下黑洞相互旋转的图像,黑洞轨迹的混乱情形渐渐明朗。科学团队从复杂的黑洞旋转运动出发,他们用数学工具描述了黑洞轨迹的方程式。黑洞旋转的情形好像人们在娱乐场观看一个乘坐高速旋转木马的小孩,当“小木马人”挥动他们的手臂时,站在旁边的人们难以分清“小木马人”做什么动作,他们可能由于兴奋挥动了手臂,然而,人们不是站在边上观看,而是像“大木马人”一样,坐在“小木马人”的旁边,人们在旋转时看到的“小木马人”好像静止不动,乘坐木马的孩子朝人们挥挥手臂、或竖竖拇指。

 新的物理模型编进了计算机程序,LIGO引力波探测项目的科学家准备应用这种计算机程序来搜索黑洞的合并现象,然而,应用计算机程序和开启探测器不是简单的事情,有大量的理论和实验步骤有待完成,直到目前为止,科学团队仅完成了黑洞相互绕转的“近动效应”研究,他们制定了下一步的研究目标,当黑洞发生相互碰撞时,它们的旋转轨迹将会发生怎样的变化。为了完成阶段性的研究目标,科学团队使用了大型计算机模拟装置。此外,他们将会验证爱因斯坦方程式在黑洞碰撞前后的有效性,将会开发很多的物理模型,收取足够的有关黑洞物质和旋转速率相互关联的数据,彻底了解复杂黑洞系统的总体特征。

 科学探索的道路曲折,前途光明。科学团队抱有乐观的态度,为了解开黑洞运动的谜团,他们一直坚持努力的方向。随着两台探测器的技术升级和重新启动,LIGO项目科学家对引力波的第一次探测也许只是时间问题,新的计算模型究竟能不能帮助科学家发现引力波的存在?人们无从知晓,只有耐心等待。



 

(2014-11-17)




 


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