如何看待LIGO在2017年10月16日宣布的引力波最新探测结果?

刚刚获得诺贝尔奖的引力波团队又任性了。包括紫金山天文台和美国宇航局在内,全球竟有数十家天文研究机构联合宣布,将在16号的晚上10点宣布一个重大消息,内容暂时保密。紫金山天文台的公告里面,特别指出“我国天文学家将与LIGO/Virgo科学合作组,及全球各主要天文台同步发布重大天文发现”。LIGO就是2016年初宣布探测到第一个引力波信号的团队,领衔的三位科学家和工程师又在10月4日刚刚获得了诺贝尔物理学奖。既然连LIGO的名字都出现了,而且全世界天文机构都知道了,那它显然也就不再是秘密了。

果然有心的天文学家们略加分析,就把这个秘密掀了个底儿掉。比如中国科学院国家天文台博士生刘博洋(好年轻!)在他的微信号“天文八卦学”里在没有引用任何官方资料的情况下就把这事儿里里外外分析了一个遍(到底是内行看门道啊),赢得了许多媒体纷纷转载。刘博洋分析,全世界主要天文台都参与进来了,那么就说明,传统天文台都“看”到了引力波源。天文学界有个好处,很多信息是公开的,尤其是使用大型观测设备需要提前申请。查阅最近世界主要天文台观测动向就发现,大家都去观测了1.3亿光年远处一个叫NGC 4993的星系,并且有人在推特上爆料说,“引力波源,带光学对应体”“初步判断是双中子星合并”。

那么说人话,这是个什么事儿呢?如果说LIGO和Virgo都是专门“听”引力波的装置,而此前发布的4次引力波事件都是黑洞合并造成的,发射引力波,但不发光。(记得吗?轮椅上的霍金老爷爷一直告诉我们,黑洞是黑的,它不发光!)那么这次是两个中子星(一种致密天体,一勺物质重达10亿吨)合并,他们会发光!一发光,大家就都看到了,所以才是几十家天文台联合发布。

你可能说,嗨,这算什么事儿啊,我还当天文学家发现外星人了呢。这新闻不就是炒作嘛,科学家怎么也成了忽悠了?其实仔细想想,我们不能这么说,娱乐新闻能炒作,科学新闻为什么不能炒作?其实新闻就是新闻,传播得更广,能够被更多人看到,那么这条新闻就是成功了。如果阅读量屈指可数,无论你说的是什么,那注定要淹没在信息海洋里。这几年朋友圈里总会出现“科学忠骨无人问,戏子家事天下知”这样的文章,指责媒体和公众关注娱乐明星谁谁谁跟谁谁谁好上了,分手了,却不关注为科学进步作出巨大贡献的科学家们。最近一次对比是鹿晗(不需要我介绍他是谁了)和贵州那个直径500米世界第一的FAST望远镜之父、中国国家天文台研究员南仁东先生(你看我得写多少前缀,你还未必知道)。南仁东先生在为中国科学界这个“世界第一”默默奋斗20多年之后,没有看到FAST第一批成果公布就去世了,而做出如此重大贡献的他今年才刚入选院士候选人,还是年龄最大的一位。在此之前,媒体上几乎找不到他的名字。

出现这样对比,我觉得不能去指责娱乐明星善于炒作,而应该反思科学家为什么不会炒作。在科学界,美国宇航局是出了名的“善于炒作”,最近几年我们就看到好几次生动的案例,比如发现“地球2.0”,“新视野号”拜访冥王星,“卡西尼号”完成探测土星使命等,当然也包括首次探测到引力波的新闻。美国宇航局和天文学家(比如探测引力波的吉普·索恩)甚至会参与到好莱坞科幻大片的制作之中去。每一次“炒作”都带来很好的新闻传播效应,美国宇航局、哈勃太空望远镜,甚至在世界范围内都是科学的象征。这些案例说明公众并非不关注科学新闻,而是科学机构能否按照科学传播规律去包装和发布新闻,争取媒体头条,吸引大众眼球。

当然了,科学的每一步进展,其实都算得上“大新闻”,因为科学进步正是这样每次前进一小步,最终悄悄地改变了我们对世界的看法。每次这样“一小步”的进展,也需要非凡的智慧和勇气。从科学史上回归牛顿、爱因斯坦的贡献,我们也同样可以看到他们是如何一小步一小步前进,最终震惊世人,改变历史的。我们可以生吞活剥登月第一人阿姆斯特朗说过的那句话,“大新闻”虽然是科学的一小步,对历史来说却是一大步。,

我们需要全社会各个方面,甚至主动地去了解肯定新闻,帮助传播“炒作”。让社会公众学会欣赏科学家们每一次的“重大消息”,欣赏这背后的艰苦努力和智慧火花。这样才能够让公众更多地支持科学家的工作,提供全民科学素质,增强创新能力。习大大说科学研究和科学普及是科学的两翼,“炒作”科学新闻,增强科学影响力,吸引更多人来了解科学家的工作,就是很好的科普普及形式啊。

公众更多地理解了科学新闻,也就对科学事业拥有了更多的知情权,不会被伪科学谣言忽悠。公众更多地了解科学,才会有更多的年轻学子选择投身科学事业!科学事业有多么重要!看看牛顿、爱因斯坦、霍金的地位我们就知道了。咱们国家长期以来对科学宣传不够重视,或者说科学家们不善于炒作科学新闻,以至于公众把科学家看作白胡子老爷爷,科学是高冷又不赚钱的事业。比如今年的浙江省高,很多学生放弃物理,许多科学家惊呼,在今天这样一个,依靠科学创新参与国际竞争的时代,长此以往必将削弱我国的竞争力。

当然大众理解起科学新闻来,要比理解娱乐新闻困难得多。正因为如此,美国宇航局这样的科学机构已经琢磨一套方法,在正式公布之前,会把相关信息(通稿)提前透露给媒体,约定限时保密。也就是媒体记者可以开展采写工作,但不能公开,要等到在科学机构正式公布之时再发布新闻解读稿件。这样能够兼顾科学新闻的及时性和专业性。这次“引力波大新闻”亮点之一是中国的紫金山天文台南极天文中心能够跟美国宇航局联合发布,因为我国设在南极点冰穹A(也是我国第三个南极科学考察站)的“南极巡天望远镜”在这次科学观测中发挥了重要作用,这个望远镜是中国自主研发的首台全自动无人值守望远镜,由中国南极天文中心、中国科学技术大学、南京天文与光学技术研究所、南京大学天文与空间科学学院联合开发和维护。

即将发布的这个大新闻,也和中国即将开展的引力波探测计划密切相关。中国天文学家们正在紧张地开展工作,计划在太空实现“空间太极计划”“天琴计划”,在西藏实现“阿里实验计划”,聆听其他来源的引力波。也许未来的“科学大新闻”就是由中国科学家主导发布了。

欢迎这样的“重大消息”越多越好!

晚上10点,准确的结果才能知晓,不过据信,应该是通报LIGO观测到两个中子星的合并。

如果LIGO的最新成果是观测到双中子星合并的话,其科学意义将是巨大的。

用伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校(University of Illinois at Urbana)的天体物理学家Stuart Shapiro说的话可以理解LIGO最新成果的意义:如果双子星合并事件被最终确认,这样的探测则标志着天文学的一个新时代即将到来:在这个时代,传统的望远镜都可以看到现象,也可以“听到”在时空结构上的振动。在我们的理解中,这将是一个不可思议的进步。

中子星是宇宙中除黑洞以外,最为奇特的天体,它的性质跟黑洞很像,因此中子星俗称“黑洞的儿子”。中子星是恒星演化到末期,经由引力坍塌发生超新星爆炸之后,其组成物质中的电子并入质子成为中子,最终成为直径只有约十公里,质量却有太阳数倍的致密星体。中子星密度极高,每立方厘米的质量高达数十亿吨。

中子星合并与黑洞合并主要有如下区别:

一、与黑洞相比,由于中子星的质量较小但体积较大,它们发射的引力波信号幅度较小,也就是说,因为双中子星合并所产生的信号强度相对较弱,我们必须要找到比双黑洞距离地球更近的双中子星,才能一窥其真容。要想获得同双黑洞合并相同幅度的信号,合并的双中子星与地球的距离要比双黑洞的距离小近10倍。

二、两个致密中子星的合并应该会有光学(电磁波)对应体产生,这也与两黑洞合并完全不同。人类对于电磁波的探测技术非常成熟,因此本次引力波事件,全球多家天文机构同时观测到了对应的千新星事件与伽马暴事件。电磁波对应体的精确定位,能够让科学家们了解双子星对并合与周围电磁场、星系介质等有更多的认识。值得一提的是中国南极巡天望远镜AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2台望远镜AST3-2对GW 170817开展了有效的观测,期间获得了大量的重要数据,并探测到此次引力波事件的光学信号。

今年是中子星发现50周年,本次引力波探测事件的发布可说是锦上添花。从科学层面考量,这一事件的探测暗示着双中子星并合事件的发生几率比此前预计得可能更为乐观。可以预见,对中子星并合事件的引力波探测和其它研究工作还将继续,并在未来获得更多令人可喜的科学成果。

全球数十家天文机构同时宣布了这个“前所未有”的重大消息——人类第一次探测到了双中子星并合产生的引力波。

1.“双中子星并合引力波”是什么?

这是 LIGO 探测到的第 6 个引力波信号了。前 5 次的引力波都是来自两个黑洞合并,并且黑洞的总质量都超过20个太阳质量。相互绕转的黑洞在时空中激起震荡,就像蹦床中央两个跳舞的大胖子在蹦床上激起的震颤一样。而这一次引起引力波的物体总质量只有 2.8 个太阳质量,倒很像是中子星而非黑洞。

除了质量的不同之外,其他 5 次黑洞合并没有被任何电磁波望远镜观测到,而这一次却被从射电到伽马射线、工作在不同电磁波能段上的不同望远镜探测到。

2.中子星和黑洞都是什么?

黑洞和中子星都是大质量恒星死亡的产物(这里只涉及恒星级黑洞,星系中心的超大质量黑洞起源另当别论)

  • 如果原初恒星质量超过20太阳质量,它死亡(即中心核燃料耗尽)后会直接坍缩为黑洞。恒星级黑洞的质量至少为3个太阳质量,常常更高。

  • 如果原初恒星质量在8-20太阳质量之间,恒星死亡后只能形成中子星,质量一般在1.2-2太阳质量之间。

  • 更轻的恒星(如太阳)只能产生白矮星。

3.这样的现象,有什么意义呢?

正如问题1,黑洞碰撞产生的引力波是不能被观测到的,而天文学家们一直迫切地寻找引力波的电磁对应体。不然在探测之路上只能像个盲人一样,只能听不能看。

根据理论,如果一个引力波源能发光,它的附近一定存在物质或很强的电磁场。因为黑洞很有可能已把周围物质吞没,除非有特殊机制(比如黑洞带电或双黑洞在恒星内部),双黑洞并合不会给出非常明亮的电磁对应体。

如果两个中子星并合,即使并合后产生黑洞,在黑洞外也会有很多物质,因此会产生很亮的电磁辐射。如果并合产物不是黑洞而是超大质量中子星,电磁辐射会更强。理论预言,双中子星并合可能产生的电磁对应体包括短伽马射线暴和光学并合新星。这次当LIGO在天文圈里宣布他们发现了人类第一次见到的双中子星并合候选体后,全世界的望远镜都指向那个方向,那些预言的电磁信号都如约而至,并带来更多的惊喜和困惑。

这就是意义所在。

根据LIGO此前无意中泄露的消息,此次发布会的内容其实已经是公开的秘密了,即观测到双中子星并合产生的引力波。

中子星(neutron star),是恒星演化到末期,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽,当它们最终转变成铁元素时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落,有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸,或者根据恒星质量的不同,恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星或黑洞。

双中子星并合可以导致黑洞的形成,同时致密星的残骸会形成一个临时的吸积盘,盘上的物质最终回落到黑洞中就能释放大量引力能。通过对双中子星并合过程的数值模拟研究,人们发现其结果可以很好的解释伽马短暴的多种观测特征。

伽玛射线暴(Gamma Ray Burst,缩写GRB),又称伽玛暴,是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.01-1000秒,辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。双子星并合是可以触发这种事件的现象之一。

例如,8月17日,美国的天文卫星费米望远镜的伽马暴监测器触发了一个伽马暴事件:GRB 170817A

与此同时,双中子星并合将产生极强的引力波辐射,而由此产生的引力波辐射是可以由地面探测器直接探测的。

根据He Gao, Bing Zhang, Hou-Jun Lü 2016的论文,双中子星并合释放能量在10^50 – 10^53 ergs,其中90%是以引力波的形式释放的。电磁波(光)形式只占10%,就是10^49-10^52 ergs。而世界上最大的氢弹是苏联放的,210,000 TJ = 2.1*10^24 ergs。所以中子星合并释放的电磁波能量大概等于10^25 – 10^28个氢弹。

Even though the initial spin energy of the merger product is similar, the final energy output of the merger product that goes into the electromagnetic channel varies in a wide range from several 10^49 erg to several 10^52 erg, since a good fraction of spin energy is either released in the form of GW or falls into the black hole as the supra-massive NS collapses.

黑洞与黑洞并合产生的引力波,到目前为止只有LIGO和Virgo可以探测的到,因为没有电磁波发出来。但是双中子星并合,是有电磁波发出来的,所以感兴趣的人会远远超过搞引力波的那群人,也就是说双中子星并合产生的引力波可以通过电磁波望远镜直接观测。在这次引力波事件中,世界上最强大的一些望远镜都参与了follow up,从 Gamma-ray 的 Fermi 到 X-ray 的 Chandra 到 optical&IR 的 VLT 和 Hubble 以及radio的ALMA,可以说现有的电磁波的各个波段的观测都参与了进来,包括可见光,射电,高能等波段。双中子星并合首次将传统天文学与引力波天文学结合起来。

从LIGO和Virgo两个人的游戏,变成传统天文学一群人的狂欢。

2017年10月16日深夜,地面引力波探测器LIGO(美国)、VIGO(意大利)在华盛顿特区的国家记者俱乐部举行新闻发布会公布引力波探测中的新发现:探测到了双中子星合并产生的引力波。在这次新闻发布会上,首次公布了双中子星并合同时发出引力波与电磁波的事件,宣布美国宇航局费米空间望远镜探测到双中子星并合所产生的伽玛暴(GRB170817A)!这是人类首次探测到引力波的电磁对应体!

这次引力波事件与以往是不同的。大致的过程是这样的:2017年8月17日,LIGO和VIRGO共同探测到的引力波事件GW 170817,当时并没有想到,这是人类第四次探测到引力波,也是人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的引力波事件。 以前探测到的引力波事件都由黑洞参与,而这次 引力波却独具一格,这次引力波并没有黑洞的参与。相反却是由中子星来参与。

那么,科学家是怎么知道黑洞没有参与这个过程呢?

是这样的,美国宇航局NASA的Fermi伽玛射线卫星和欧洲INTEGRAL卫星也都探测到了一个极弱的短时标伽玛暴,这个信号被标记为GRB 170817A。而这类伽玛射线只能由中子星发出,而不能由黑洞发出。

那么,现在问题出来了,到底是LIGO先测到这个信号?还是NASA先测到这个信号?

这个事情就复杂了,目前好像媒体还没有说清楚。

因为引力波与电磁波的传播速度都是光速,差不多应该是同时到达地球。所以,我希望在后续的报道中能把这个过程澄清一下。到底是NASA通知LIGO,还是LIGO通知NASA,这是一个问题。

意义相当之重大!

这件事对老百姓意味着什么?

过去的一些科学事件,通常会引发行业内的热议与思考,但对于普通人的影响甚微。毕竟大多数普通人的物理天文知识有限,更别提好有几亿人缺少着基础教育,他们根本很难理解这些科学界的大事究竟是怎么回事。

后来,随着全球教育水平的提升(战乱地区和朝鲜忽略不计),许多物理天文事件越来越成为普通老百姓日常探讨的话题。

过去,我们普通人对于茫茫宇宙只能用有限的知识去推演和脑补,但黑洞引力波与中子星引力波两次重大科学事件的传播,使得我们有机会获得科普,从而进一步的了解我们、了解我们赖以生存的地球、了解外来文明、了解宇宙的结构、了解宇宙的成因…

这一切的一切,都将刷新我们曾经对世界与宇宙的认知,引力波可以说是自天文望远镜之后另一双帮助我们观察宇宙的眼睛,也是帮助我们解决自己认知局限性的一把钥匙。

相信以后的教科书,也会根据现状完善修改一些理论。

这件事对科学界意味着什么?

前不久就因为引力波拿诺贝尔奖,而这个月却又因为引力波引爆世界舆论的关注。

中子星合并,首先它的意义与之前黑洞合并完全不同。这次我们可以直观地看到它的合并变化过程,我们可以探测有哪些物质被丢了出来,是不是有什么物质被丢到地球,这两颗中子星为什么会合并,这些都有助于我们试图还原模型,追溯宇宙更早的样子。

而且中子星合并本身就是一个很罕见的观测事件,即便是有,但你也未必知道它们在哪儿、在什么时候发生了合并,而这次引力波的探测,帮助我们解决了以上困扰。

这也意味着,今后我们人类会有更多类似的发现,让我们有更大的概率触及宇宙的边缘。

悟空问答的网友大家好。10月16日,全球多国科学家召开新闻发布会,宣布首次直接探测到壮美双中子星并合产生的时空涟漪——引力波及其伴随的电磁信号。人类历史上第一次使用引力波天文台和其它望远镜同时观测到了同一个天体物理事件,这标志着多信使天文学的开端。

多信使天文学让科学家等待已久,打开了人类观测宇宙的新窗口。这是一个把电磁波、引力波、中微子、宇宙线等多种观测手段相结合的天文研究的新时代。

引力波和电磁波来自于两种不同的机制,而现在引力波和电磁波锁定了同一片天空区域,将不同的观测联系到了一起。引力波天文学为理解中子星的性质提供了电磁天文学本身所不能实现的新机会。这次发现是由美国的激光干涉引力波天文台(Ligo)和欧洲的室女座干涉仪(Virgo)引力波探测器,以及包括紫金山天文台在内的70个地面和空间望远镜共同完成的。

此次科学家观测到的被命名为GW 170817的引力波,是人类首次直接探测到由两颗中子星合并产生的引力波事件。8月17日北京时间20时41分04秒,由双中子星并合产生的引力波被观测到;在随后的2秒钟之内,美国宇航局费米(Fermi)伽马射线卫星和欧洲Integral卫星都探测到了一个极其微弱的短时标伽马暴GRB 170817A。之后的数小时至十几天里,全球十几台天文设备对GW 170817开展观测。

地面望远镜和太空望远镜组成的阵列从紫外、光学、近红外等波段追踪着最初的探测。这一观测坚定地将千新星和双中子星并合联系起来,对于千新星来源于中子星并合阶段,通过中子俘获形成的重元素放射衰变这一物理图景提供了可靠证据。

特酷君认为,在此次引力波事件中至少有五个重点值得关注:首先,它使得人类能够首次利用引力波来直接测量宇宙膨胀的速率;其次,观测双中子星的并合产生引力波能够帮助人们更好地了解中子星这种奇异的天体结构;第三,此次多信使联合观测首次证实了双中子星并合能够产生短伽马暴;第四,千新星的观测能够让人们认识到宇宙中大部分重元素,比如金和铂金都源自于双中子星的并合;最后,同时观测天体物理事件产生的引力波和电磁波可以提供引力波速度等于光速的可靠证据。

引力波探测器LIGO团队三位核心科学家被授予今年诺贝尔物理奖,以表彰他们为发现引力波做出的杰出贡献。更多内容,欢迎关注#Teku特酷#,点击:
https://www.toutiao.com/i6472574890393207309/

引力波是存在于爱因斯坦广义相对论里,全世界的上百位顶级物理学家都在寻找验证引力波是否存在于广义相对论里,后来通过巨额投资建设各种精密仪器科学家捕获了引力波,但是之前探测到的引力波是靠仪器听到的,而这次是全世界的望远镜看到的包括咋们中国,黑洞合并能产生引力波但不放光只能靠听,而中子星合并会发光产生引力波,所以这次是全世界都证实了引力波的存在。

至于引力波有多重要,对于我们小老百姓讲其实没什么,也改变不了我们的生活,在三维世界里我们普通人能把三维了解清楚就行了,但对物理学家来讲引力波的存在能把他们的眼界带向四维,因为引力波就是存在于四维空间,四维空间看我们人类犹如我们人类看在一张无限大平面纸上爬行的蚂蚁。

  1. 引力波的再一次发现验证了科学家爱因斯坦的理论-广义相对论是正确。
  2. 引力波是人类拥倾听波动宇宙的“顺风耳”。
  3. 引力波可以找到宇宙是如何起源的,人类会以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。
  4. 引力波的发现探寻宇宙扭曲的一面——由扭曲时空生成的天体与现象。人类会以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。

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