黑洞合併引力波模擬動畫發布：擴散的時空漣漪（圖）

　2015年09月30日08:00   新浪科技   

　　

　　動畫：這段動畫是由歐洲空間局(ESA)製作並對外發布的，其採用了複雜的計算機模型，模擬了兩個黑洞相撞時在宇宙中掀起的時空波紋

　　新浪科技訊 北京時間9月30日消息，據英國《每日郵報》報道，如果我們能夠看到引力波，那麼這就將是兩個黑洞相撞時我們將能夠看到的景象。這些鬼魅般的波紋是時空震蕩的漣漪，它將告訴我們在大約140億年前宇宙時如何誕生的。

　　這段動畫是由歐洲空間局(ESA)製作並對外發布的，其採用了複雜的計算機模型，模擬了兩個黑洞相撞時在宇宙中掀起的時空波紋。這一模擬涉及黑洞附近極端引力場環境下複雜的電子與磁場相互作用機制。到目前為止，引力輻射仍然只是停留在間接觀測階段，還從未能被直接觀測到。

　　之所以會出現這樣的情況，是因為引力波的測量極其困難，這種時空漣漪掀起的「波瀾」只會引起原子出現大約10萬億億分之一倍的晃動。因此，要想建造一台能夠測定這種尺度上晃動的設備，就像是要求你測定太陽到地球之間的距離，且誤差不得大於一個氫原子直徑。

　　

　　這就是兩個黑洞相撞時我們將能夠看到的景象。這些鬼魅般的波紋是時空震蕩的漣漪，它將告訴我們在大約140億年前宇宙時如何誕生的

　　

　　一組澳大利亞天文學家在過去的11年間致力於通過精確測定毫秒脈衝星信號搜尋宇宙中引力波的跡象，但一無所獲。研究人員懷疑這可能與黑洞的合併機制有關

　　在經過數十年的技術開發和實驗之後，建造在地面上的探測裝置的精度正在逐漸接近所要求的指標。但相關研究工作近日卻遭受了一次嚴重打擊：根據《科學》雜誌上最新刊載的一篇論文顯示，引力波的性質可能要比我們原先設想的更加詭異。

　　這篇論文詳細總結了澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)以及國際射電天文研究中心的瑞安·香農(Ryan Shannon)博士研究組在過去11年間的工作。為了搜尋引力波，香農博士的研究團隊使用了高解析度的帕克斯望遠鏡對一系列毫秒脈衝星進行監視。這些小型天體會產生高度精確的射電脈衝，就像一個個精確的太空鐘表。

　　科學家們以數百億分之一秒的精確度記錄下這些脈衝星射電信號的抵達時間。愛因斯坦的理論指出宇宙中的引力波會扭曲地球與脈衝星之間的時空，造成時空本身的壓縮或拉伸，幅度大約是10米左右——考慮到脈衝星極其遙遠的距離，這是一個極其微小的變化。

　　然而正是這種極其微小的距離變化也將造成脈衝星信號抵達地球時間上的差異，儘管這種差異極端微小。

　　

　　帕克斯天文台巨大的射電望遠鏡。為了搜尋引力波，香農博士的研究團隊使用了這裡的高解析度望遠鏡設備對一系列毫秒脈衝星進行監視。這些小型天體會產生高度精確的射電脈衝

　　

　　引力波意義重大，其中的原初引力波則被認為直接與宇宙大爆炸有關。在2014年，美國Bicep2望遠鏡團隊曾經宣布發現原初引力波信號(如圖)，但後來這一結果被證明是不準確的

　　科學家們在過去的11年裡對一系列毫秒脈衝星進行仔細觀測記錄。按道理這樣的時間跨度應當已經足以讓研究組識別出引力波的信號，但奇怪的是，他們一無所獲。香農博士表示：「我們一無所獲，甚至連最細微的信號也沒有。」他說：「感覺宇宙一片寂靜，至少對於我們正在搜尋的這種宇宙漣漪而言是這樣。」

　　當然這並非意味著愛因斯坦關於引力波的理論是錯誤的，相反，科學家們認為這可能是因為黑洞的合併過程太過迅速。因此兩個黑洞相互繞轉的階段會非常短促，而這正是它們產生引力波的過程，由於這一過程非常短促，於是黑洞合併過程產生引力波信號的時間也就非常短促。

　　香農博士的研究組成員，澳大利亞莫納什大學博士后保羅·拉斯基(Paul Lasky)表示：「黑洞的周圍可能存在氣體物質，這些氣體物質會相互摩擦，消耗黑洞的軌道能量，導致兩個黑洞迅速接近併合並。」

　　但不管是何種原因，這就意味著天文學家們想要真正記錄到宇宙中的引力波信號，或許他們還需要等上許多年。不過，他們所使用的探測器或許只能看到一半的圖景：兩個小型黑洞(每個的質量都不超過數個太陽質量)之間的相撞與合併將產生高頻率引力波信號，這種信號應當能夠在地面上被探測到。而那些擁有數百萬個太陽質量，深居於星系核心的超大質量黑洞，它們產生的引力波信號的頻率就會非常低。目前，歐洲空間局(ESA)已經將引力波宇宙巡天確定為該機構「宇宙視野」(Cosmic Vision)計劃未來的優先研究方向，預計將在2034年研製併發射相關巡天探測器。(晨風)