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【香港天文】有關探索重力波新聞更新及討論

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發表於 2016-2-15 11:34:59 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
發佈日期:2013-05-07

在未來五年左右的時間,科學家們有望發現和證明重力波的存在形式可能會影響我們對空間和時間的認識。重力波出現早在100年前由愛因斯坦的廣義相對論進行了預測,不過到現在但仍未真正可以量度,它的存在形式仍然有待觀察。

物理中,在重力的度規理論,重力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。重力輻射是另外一種稱呼,指的是這些波從星體或星系中輻射出來的現象。重力波相當微弱,我們所預期在地球上可觀測到的最強重力波會來自很遠且古老的事件,在這事件中大量的能量發生劇烈移動(例子包括兩顆中子星的對撞,或兩個極重的黑洞對撞)。這樣的波動會造成地球上各處相對距離的變動,但這些變動的數量級應該頂多只有10^-21。以激光干涉重力波天文台(LIGO)的雙臂而言,這樣的變化小於一顆質子直徑的千分之一。這樣的案例應該可以指引出為什麼偵測重力波是十分困難的。

重力波的存在而且也真的無所不在,是廣義相對論中一項毫不模糊的預言。所有目前相互競爭而且被「認可」的重力理論(「認可」:與現前可得一切證據能達到相當準確度的相符)所預言的重力輻射特質即各有千秋;而原則上,這些預言有時候和廣義相對論所預言的相差甚遠。但很不幸地,現在要確認重力輻射的存在性就已相當具有挑戰性,更不用說要研究它的細節。

雖然重力輻射並未被清楚地「直接」測到,然而已有顯著的「間接」證據支持它的存在。最著名的是天文學家對脈衝星雙星系統PSR B1913+16的觀測。這系統被認為具有兩顆中子星,以極其緊密而快速的模式互相環繞對方。其並且呈現了漸進式旋近(in-spiral),旋近時率恰好是廣義相對論所預期的值。對於這樣的觀測,最簡單(也幾乎是廣為接受)的解釋為:廣義相對論對準確說明系統的重力輻射。約瑟夫·泰勒和拉塞爾·赫爾斯因為這些成就共同獲得了1993年諾貝爾物理學獎。

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 樓主| 發表於 2016-2-15 11:36:13 | 顯示全部樓層
發佈日期:2013-08-18

在世界各地的八百位物理學家之一的大衛·布萊爾 David Blair 教授上個月宣布了一項突破性的測量科學,他表示:重力波天文學會成為新的天文學,可能就真的徹底改變我們對宇宙的認識。這個突破將會令到我們能夠聽大爆炸,和整個宇宙中的黑洞形成。這些探測器,可以讓人類探索宇宙的開始時間和結束的時間。

這種專門的探測器稱為激光干涉重力波天文台( Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory 簡稱 LIGO),使用激光束來測量重力波在太空和時間上引起的漣漪。該檢測器由一個L形的真空系統,長四米,上面兩端安裝有反射鏡。激光隔振系統會將衝向鏡子的不相干振動隔離。

重力波出現在極端的宇宙事件,例如恆星碰撞,黑洞和超新星爆發,這些攜帶大量的能源,以光的速度在太空中所產生的漣漪。

【圖、文:節譯自物理機構網頁,論文全文發表在《自然光子學》期刊】
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 樓主| 發表於 2016-2-15 12:47:03 | 顯示全部樓層
發佈日期:2013-09-26

紫金山天文台的范一中、吳雪峰、韋大明三位研究員,指出現有的短暴的電磁輻射中已可證認重力波輻射訊號。他們工作的研究對像是一些短暴中的持續約100秒左右的平台狀的X射線餘輝輻射而不是短暴的瞬時輻射。黑洞和中子星合併一定會產生黑洞,在這種情況下很難解釋平台狀的X射線餘輝輻射。2006年高、范以及范、 吳提出兩顆中子星並合後可能形成一顆自轉週期約1毫秒並且具超強磁場(1X10^14高斯以上)的中子星,通常謂之為毫秒磁星。毫秒磁星的磁偶極輻射很強,可以產生“平台狀的X射線餘輝輻射”或其它新的輻射訊號。

最近Rowlinson等人有系統的研究雨燕衛星(Swift Gamma-Ray Burst Mission)探測到的短暴X射線餘輝,發現磁星模型能解釋約一半的事例。但是她們得到的這些磁星的自轉週期一般遠大於1毫秒(對應的轉動能遠小於通常認為的1x10^52至1x10^53 erg),這和雙中子星並合模型不吻合;另外如此慢的自轉也不足以有效抵抗重力塌縮,導致磁星很難存活達百秒,與觀測也不一致。一個可能的解決方案是只有極小一部分磁偶極輻射的能量轉化為了多波段餘輝輻射,絕大部分磁偶極輻射能量被注入到雙子星合併過程中拋射的外流物質中,這將顯著提高外流體的動能。在該情形下人們將探測到非常明亮的外流體正向激波光學、射電餘輝輻射,但絕大部分短暴的光學、射電輻射都很弱,不支持該假設。剩下的一種可能就是毫秒磁星的轉動能主要被引力波輻射帶走,如果該磁星在垂直於自轉軸方向上的橢率達到~1%。而雙中子星合併誕生的磁星內部的環向磁場可能強達1x10^17高斯並且是各向異性的,這可以導致~1%的橢率。

基於這些依據,範一中、吳雪峰、韋大明在國際上首次指出現有的短暴數據中已經存在著重力波輻射的跡象,並預言慢轉中子星的最大引力質量約為2.2至2.3倍太陽質量,該值與現有的天文觀測結果相符。

【圖:互聯網;文:節錄自紫金山天文台網站新聞報導。全文在《物理評論》發表】
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