科學家識別出黑洞并合產生的直接引力波
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科技日報北京6月24日電 (記者張夢然)《自然·天文學》24日發(fā)表的一項研究顯示,科學家從一個名為GW250114的雙黑洞并合事件的引力波數(shù)據(jù)中,識別出此前從未被觀測到的直接波。這種引力波信號攜帶了殘余黑洞事件視界本身的運動特征,為理解黑洞“有去無回點”背后的物理機制提供了關鍵信息。這一發(fā)現(xiàn)也建立了一條通往視界物理的全新觀測通道,意味著引力波天文學把“聽診器”貼在了黑洞最危險的邊界。
GW250114于去年被美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)的漢福德和利文斯頓兩臺探測器同時捕獲,其源自兩個質量分別約32倍和34倍太陽質量的黑洞在約13億光年外的碰撞并合。得益于LIGO十年來的儀器升級與噪聲壓制,該信號信噪比高達約77—80,是迄今最清晰的雙黑洞并合引力波信號,比2015年人類首次探測的GW150914清晰3倍以上。
黑洞的事件視界是時空中的單向邊界,跨過便無法逃逸,因此這一邊界點被稱為“有去無回點”。但絕大多數(shù)觀測都是間接的,如黑洞陰影成像、X射線吸積盤光譜等,事件視界本身的動力學機制很難被直接觸及。此次由兩個黑洞碰撞產生的引力波或許能提供相關信息:它們不依賴電磁媒介,而是時空幾何本身的漣漪,理論上可以把視界附近的要素原封不動地帶到地球上。
此前的理論預言指出,在兩個黑洞完成并合的瞬間會發(fā)射出一種直接波,這包含了從視界鄰近區(qū)域向外輻射的引力波成分。這等于給“有去無回點”打上了可測量的指紋。但受限于信號清晰度,這一成分在此前黑洞并合事件中始終未能現(xiàn)身。
加拿大圓周理論物理研究所團隊對GW250114的高信噪比數(shù)據(jù)進行了精細的匹配濾波分析,首次報告此次碰撞產生的直接引力波。研究顯示,其行為表現(xiàn)為一種衰減振蕩,頻率與事件視界的自轉相關,衰減率則與其表面重力相關。
通過對直接引力波進行精細建模,可以推算出殘余黑洞的質量和自轉速率。團隊也在某些簡化假設的基礎上進行了初步推算。他們表示,未來的研究需要更精確的波形模型,并基于多個高信噪比事件的聯(lián)合統(tǒng)計,展開綜合研究,以評估這些信號的穩(wěn)健性和普適性。
【總編輯圈點】
在交響樂最高潮部分分辨出一種樂器的聲音,既需要敏銳的耳朵,也需要對樂譜的精確理解。這次觀測也是一樣,科學家識別出一個特殊的信號成分,證明了我們有能力解析宇宙最極端、最混沌那一瞬間的細節(jié)。當然,目前的結論仍依賴于特定的模型。未來若能積累更多此類高清樣本,并通過獨立方法驗證,那么這種來自視界的信號,將從目前的線索升級為強有力的理論標尺。屆時,我們就從“聽見黑洞”邁入了“聽懂黑洞”的新階段。
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