天体物理学家发现35个新的引力波事件

天体物理学家的里戈-处女座-卡格拉合作自2020年10月上一次发布目录以来,我们又探测到35个引力波,使引力波观测开始以来观测到的事件总数达到90个。在检测到的35个事件中,32个最有可能是黑洞合并——两个黑洞相互旋转并最终结合在一起——还有三个是中子星和黑洞之间的碰撞。黑洞有各种大小,最大的质量大约是太阳质量的90倍。由这些合并形成的几个黑洞超过100太阳质量,被归类为中等质量黑洞。

从2015年到LIGO/Virgo第三次观测结束期间发现的所有引力波事件的图表。该表包含了引力事件的名称、二元分量的类型(黑洞、中子星或不确定)、主次星的质量以及最终合并物体的质量。图片来源:LIGO / Virgo / KAGRA / C. Knox / H. Middleton。

从2015年到LIGO/Virgo第三次观测结束期间发现的所有引力波事件的图表。该表包含了引力事件的名称、二元分量的类型(黑洞、中子星或不确定)、主次星的质量以及最终合并物体的质量。图片来源:LIGO / Virgo / KAGRA / C. Knox / H. Middleton。

1916年,阿尔伯特·爱因斯坦根据广义相对论首次预言了引力波。

因为到达地球的引力波是如此的微小,人们花了几十年的时间来建造足够精确的仪器来测量它们。

自从第一引力波探测2015年,探测到的数量以惊人的速度增长。

在几年的时间里,引力波科学家们从第一次观测宇宙结构中的这些振动,到现在每个月观测许多事件,甚至在同一天观测多个事件。

引力波探测器的工作原理是使用高功率激光器仔细测量光沿两个垂直臂在镜子之间传播所需的时间。

在2019年11月1日至2020年3月27日的第三次观测中,LIGO和处女座探测器达到了有史以来的最佳性能。

为了实现这一巨大的进步,由于不断升级和维护的计划,开创性的仪器变得更加敏感。

凯尼恩学院的物理学家马德琳·韦德博士说:“LIGO和处女座探测器继续改进,比如增加了激光功率,安装了压缩光。”

“探测器卓越的灵敏度使得观测到如此多更令人兴奋的引力波事件成为可能,包括首次自信的中子星-黑洞双星探测。”

澳大利亚国立大学ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)的研究员苏珊·斯科特教授说:“最新的发现代表了一场‘海啸’,是我们探索宇宙演化秘密的重大飞跃。”。

“这些发现表明,自LIGO和Virgo开始观测以来,他们探测到的引力波数量增加了10倍。”

“我们已经探测到35个事件。这是巨大的!相比之下,我们在2015-2016年持续四个月的第一次观测中进行了三次探测。”

“这真的是引力波探测的一个新时代,越来越多的发现揭示了宇宙中恒星的生与死的大量信息。”

在35项新活动中,以下是一些值得注意的发现:

(i) GW191219_163120和GW200115_042309:可能的中子星-黑洞对之间的两次合并;GW191219163120中的中子星是迄今为止观测到的质量最小的中子星之一;

GW200210_092254:黑洞与一个物体的合并,该物体可以是一个轻黑洞,也可以是一个重中子星;

(iii)GW200220_061928:一对相互环绕的巨大黑洞,其总质量比太阳重145倍;

(iv)GW191204_171526:一对相互环绕的黑洞,其中至少有一对正旋转;

(v) GW191109_010717:一对相互围绕轨道运行的黑洞,它们的总质量比太阳重112倍,太阳似乎在倒转;

(vi)GW191129_134029:一对重量仅为太阳质量18倍的“轻”黑洞。

“每一次新的观测都会带来新的发现和惊喜,”OzGrav和墨尔本大学的博士后研究员汉娜·米德尔顿博士(Hannah Middleton)说。

“在第三次观测中,引力波探测已成为日常生活,但我仍然认为每次探测都是令人兴奋的!”

奥兹格拉夫和莫纳什大学的博士生伊泽贝尔·罗梅罗-肖说:“在这个不断增长的黑洞和中子星对的集合中,有如此广泛的属性,这很有趣。”

“这些对的质量和自旋等属性可以告诉我们它们是如何形成的,所以看到如此多样的混合提出了关于它们来自哪里的有趣问题。”

斯科特教授说:“通过观察这些双星系统中黑洞的质量和自旋,可以看出这些系统最初是如何结合在一起的。”。

“这也提出了一些非常有趣的问题。例如,该系统最初是由两颗一起经历生命周期并最终成为黑洞的恒星形成的吗?”

“或者这两个黑洞是在一个非常密集的动力学环境中挤在一起的,比如在一个星系的中心?”

“引力波探测器灵敏度的不断提高有助于增加探测。”

“这项新技术使我们能够观测到比以往更多的引力波。”

“我们还探索了两个黑洞质量间隙区域,并对爱因斯坦的广义相对论进行了更多的检验。”

“引力波探测器灵敏度不断提高的另一个真正令人兴奋的事情是,这将使一系列全新的引力波源发挥作用,其中一些是意想不到的。”

球队的纸张在线发布在arXiv.org预印本服务器。

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阿伯特.(LIGO合作,处女座合作和KAGRA合作)2021.GWTC-3: LIGO和Virgo在第三次观测运行的第二部分观测到的紧凑二进制合并。arXiv: 2111.03606

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