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中子星合并为什么会产生引力波?

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发表于 2016-8-5 18:22:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
目前,我们正处于天文学史的新纪元,即可以探测并研究由遥远的黑洞相互碰撞对时空所造成的微弱影响,通过“倾听”它们的引力波信号,这些合并的黑洞终于能被直接观测到了。虽然由激光干涉引力波天文台(LIGO)首次观测到的引力波仅限于黑洞碰撞造成的,但天体物理学家们有着更高的目标,下一步他们将尝试探测中子星相互碰撞,并希望能用引力波信号裂开星际物质稠密的外壳,揭示它们究竟是由什么组成的。
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中子星本身可以被认为是一颗巨大的原子,大质量的原子核仅由中子组成,被困在强引力场中,高速旋转,通常具有强大的星际磁场。


LIGO在2015年9月14日首次探测到质量分别为29个太阳质量与36个太阳质量的黑洞,相互碰撞并最终融为一体。之后在6月14日,再次宣布探测到了质量为14个太阳质量和8个太阳质量的黑洞合并。这两次探测都给出了关于两个黑洞在碰撞前与碰撞后的丰富信息,而且,引力波信号与科学家们理论预测的模型一模一样。如今,我们知道建造敏感度足够的激光干涉仪能够探测到时空中最细微的波动。天文物理学家希望更进一步,能够探测到中子星的碰撞,它们的质量比黑洞小好几个数量级,造成的引力波也更加微弱。

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大质量恒星在耗尽燃料之后爆炸成为中子星,并留下质量密度超高且旋转着的物质。中子星本身可以被认为是一颗巨大的原子,大质量的原子核仅由中子组成,被困在强引力场中,高速旋转,通常具有强大的星际磁场。然而,关于中子星物理学领域依然还存在许多未解之谜,一个主要问题就是中子星是否符合人们的理论设想,还是这些中子星被彻底摧毁了,得用其他量子理论来解释?中子星其实是超高密度的夸克球吗?

赫尔辛基大学物理学家Aleksi Vuorinen表示,引力波最终也许能解释这个疑问,中子星是否仅由普通的原子核组成,还是它们也包含一些稠密的外来物质。而研究这些问题的难处在于目前在地球上无法模拟中子星这种极端情况的物质,我们能达到的最接近的就是在大型强子对撞机(LHC)内撞击粒子,产生出短暂而高温的“夸克-胶子等离子体”,虽然粒子碰撞可以用量子色动力学(QCD)来解释一些物质的外部状态,遗憾的是模拟的稠密环境实在太短暂。

挪威斯塔万格大学的Aleksi Kurkela表示,夸克-胶子等离子体可以被认为是一种高温而不稠密的夸克与胶子的混合液体,而夸克物质本身是冰冷而稠密的,并且是固体状,我们的工作事实上就是要将这两种状态联系起来,并且研究结果在任何温度下都适用。因此,如果我们要知道中子星究竟由什么组成,唯一的办法就是观测两颗中子星碰撞后产生的引力波信号,并解析这些信号意味着什么。

迄今为止,科学家们都是以冰冷状态模拟中子星物质,但如果我们了解了中子星合并会产生什么样的引力波,我们得模拟中子星碰撞时究竟会发生什么。Kurkela和Vuorinen如今模拟出了能够产生一万亿度高温的中子星碰撞现象,观察这些极端碰撞究竟会产生什么样的引力波,并希望这些理论模型能够帮助科学家们理解中子星碰撞产生的第一波引力波是什么样的,是否符合人们的理论猜测。
Kurkela表示,我们希望通过两颗中子星合并或中子星与黑洞合并所产生的引力波可以揭示中子星的构造,还可以使研究者们推断出恒星组成物质状态的方程式。


发表于 2016-8-5 22:23:18 | 显示全部楼层
到底是什么场力让各种原子全部分裂成中子且聚在一起?黑洞的力量来自什么场力
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