引力波是第三次出现:关于宇宙我们能学到什么?

今天,LIGO-Virgo国际合作宣布了重力波的登记,这是历史上第三次登记。 如 两次一样,源是一对黑洞。 有关研究结果的文章发表在《 物理评论快报 》上。



关于信号GW170104



自从第一次检测和第一个科学周期以来, 检测器的灵敏度有所提高,技术噪声有所降低,从而可以获得更高质量的数据。

在高级LIGO天文台的第二个工作周期内,检测到一个由高可靠性引力波引起的信号-该信号可能每隔70,000年的持续观测错误地出现一次(信噪比13,置信度大于5σ)。



质量约为20和30太阳的黑洞合并成一个大的,同时发射的引力波的总能量约为两个太阳质量。 合并过程用了不到一秒钟的时间,并且在合并时,黑洞加速了光速的60%!

信号到达我们已有数十亿年的时间(一个距离约为1000MPc的信号源),并于2017年1月4日被美国的两个LIGO探测器记录下来



我们对宇宙有什么了解?


在上一篇文章中,我谈到了我们如何知道信号确实是引力波,以及引力波天文学的发展计划。 这次我们将讨论为什么根本需要这些探测器,以及我们可以学习有关宇宙的新知识。

重力速度


UPD:更正了速度估算并添加了一种计算方法。

关于引力波最常见的问题是它们的传播速度。 在广义相对论(GR)中,该速度等于光速。 LIGO实验非常准确地证实了这一点:引力波到达美国不同地区的两台LIGO探测器,相距几千公里,并且有一些延迟,并且知道了探测器之间的距离和该延迟,我们可以估算出传播速度。 直到小数点后第十一位,该速度等于光速。
如何获得
我们在文章中寻找GW速度与其质量之间的关系(第14页)。 给定波能 $ E = h f $ 我们得到

$ \ frac {v_g ^ 2} {c ^ 2} = 1-\ frac {m_g ^ 2 c ^ 4} {h ^ 2 f ^ 2},$


在哪里 $ m_g $ -引力子质量 $ h $ -普朗克常数,f-波动频率。
用文章中的引力子质量(例如100 Hz量级的频率)和常数代替,我们得到:

$ v_g \大约c(1-6 \乘以10 ^ {-19})$


从这里我们可以看到,速度差的误差仅出现在小数点后第十一位。


GTR测试


从广义上讲,我们可以检查黑洞模型如何拟合实验数据。 到目前为止,一切都相同:


尽管只有几个参数足以描述一对黑洞,但实际上无法对爱因斯坦方程组进行解析求解。 因此,科学家使用数值计算来获得真实模型。 在有数值计算的地方,存在各种各样的近似值,因此所获得的模型与实验的重合是如此重要-这使我们能够说出关于遗传资源的想法是多么真实。

当然,检查广义相对论的各种修改都是可能的。 其中一些可能已被排除在外-例如,它们需要GW的分散或过高的光速。 其他人则在等待检测器灵敏度的提高,以进行验证。
现在可以检查第三个参数,例如关于波的空间记忆
总的来说,对于天文学家来说是一个令人兴奋的时刻!

星星的出现


从黑洞的参数中,您可以获得有关空间和宇宙形成的大量信息 。 首先,重力波的观测是成对黑洞存在的第一个证据。 其次,这些黑洞的质量出乎意料地大-没有人期望成对的黑洞如此普遍。

关于BH系统的年龄可以得出有趣的结论。 从宇宙开始形成恒星越早,其中先前恒星的物质越少- 金属含量越低。 另一方面,BH的质量取决于其中的金属含量,因此,通过BH的测量质量,可以说出形成它们的恒星有多年轻。 由此得出的奇怪结论是,成对的BH既可以在恒星簇中(如果环境还很年轻)也可以孤立地形成,这在以前是未知的。 观察BH参数,我们可以说出这些孔是如何形成的-是否隔离。

进一步观察BH的参数,例如轨道力矩,可以在宇宙学过程中提供更多的了解。

在过去的一年中,LIGO记录了三个重大事件,并且随着下一个科学周期中探测器灵敏度的提高,此类事件的数量将增加,这使我们对宇宙有了越来越多的了解。

其他材料和链接


1.什么是引力波?


2. LIGO官方网站上有很多有趣的材料:各种各样的视频和文章。
3.通过Einstein @ Home上的分布式计算,加入对重力波的流行搜索。
4.合作拥有各种媒体,有趣的材料不断发布: TwitterFacebookYoutube

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN404239/


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