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第三度測出重力波 或提供黑洞、暗物質來源線索

2017/6/2 — 17:57

是次測得的重力波來自兩個黑洞合併
Credit: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State

是次測得的重力波來自兩個黑洞合併
Credit: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State

2015 年 9 月 14 日2016 年 6 月 16 日透過兩座激光干涉重力波天文台 (LIGO) 測量到重力波後, LIGO 物理學家昨日 (1.6) 發表報告,指已第三度錄得重力波。

該重力波是由距逾 30 億光年兩個黑洞合併所產生,並再次引証愛因斯坦所說的空間能被拉扯與壓縮預測為正確;而是次錄得的重力波或能提供黑洞以至暗物質來源線索。

LIGO 於本年 1 月 4 日錄得微弱訊號,經分析後相信來自距逾 30 億光年兩個黑洞合併產生,該兩個黑洞分別為太陽質量的 31 和 19 倍。合併後的黑洞質量比原先少,大約為太陽質量的 49 倍,該能量差引致時空變形 (spacetime deformation) ,如池塘漣漪般的波紋向外擴展到其他地方。

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隨著第三次探測到重力波,天文物理學家們開始研究,可否使用重力波觀察光學或電波望遠鏡不可見的天文事件。

LIGO 探測器敏感度非常高,質子直徑千分之一的分別也足以探測到,而且可粗略重現兩粒質子碰撞的動態。

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天文學家認為,發現能提供黑洞旋轉方向的線索。前此,學者均認為黑洞合併需要兩者向內螺旋;它們也會在中軸上自旋,但最新的觀察顯示這些旋轉並不對稱,可能是因為該對黑洞並非兩顆恆星組成的聯星系統所形成,而是來自兩個獨立黑洞,隨機地聚在一個密集原始星團中。

有趣的是,觀察結果與暗物質性質之前估計的性質一致——星系周圍觀察到的暗物質暈是由一小黑洞的部份組成。

研究人員尋找稱為色散 (dispersion) 的現果,即不同光根據其波長而以不同速度穿過玻璃,這亦是為何棱鏡在可見光下產生彩虹。而愛因斯坦的廣義相對論指,重力波到達地球時不會出現光散於引力波中。 LIGO 暫時未發現色散的證據。

參與研究的佐治亞理工大學 Laura Cadonati 指是次重力波探測比起第一次發現遠一倍,但觀察仍無偏離廣義相對論的預測,團隊更有信心相信愛因斯坦是正確的。

來源:
The Guardian, Third gravitational wave detection gives hints on dark matter and black holes, 1 June 2017

報告:
Abbott, B.P., Abbott, R., Abbott, T.D. & Acernese, F.G. (2017). GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2. Physical Review Letters. doi: 10.1103/PhysRevLett.118.221101

文/Alan Chiu 、審核/David Yu

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