科技日報記者 劉霞

　　自 2015 年“先進激光引力波天文臺”（LIGO）啟動并首次探測到引力波以來，引力波探測器已探測到 13 次由雙黑洞碰撞產生的引力波、2 次由雙中子星碰撞產生的引力波，并于 4 月 26 日首次探測到疑似由黑洞和中子星碰撞產生的引力波。

　　“金風玉露一相逢，勝卻人間無數”，引力波探測器的宇宙尋寶活動正如火如荼地進行中。英國《科學新聞》雙周刊網站在 6 日的報道中，為我們列出了已經“現身”的引力波來源，以及其他可能的引力波源。

　　中國國家天文臺研究員張承民對科技日報記者說：“引力波可讓天文學家觀察到一些至今都未能觀察到的宇宙場景；一瞥宇宙形成初期的精彩瞬間等。”

　　1、成對碰撞的黑洞狀態：已經發現

　　LIGO 第一次捕獲的引力波源正是一對相互碰撞的黑洞，每個黑洞的質量約為太陽質量的 30 倍。LIGO 于 2015 年 9 月 14 日探測到這一引力波事件。

　　張承民解釋道：“這一事件證明，大質量運動星體的確可以撼動時空產生引力波，這正如在一個世紀前發表的愛因斯坦廣義相對論所預測的那樣。不僅如此，這一發現還證明，地球上的高精度實驗可以探測到這些引力波——而愛因斯坦對此持懷疑態度。”

　　LIGO 三位創始人也因為發現引力波，榮膺 2017 年諾貝爾物理學獎。

　　2、成對碰撞的中子星狀態：已經發現

　　據張承民介紹，中子星是8-25 個太陽質量的大型恒星死亡后、在自身重力的作用下發生坍縮的產物，其體積相對較小，密度卻大得驚人，相當于將全球人口置于人的手心。

　　此前，科學家就預言，一對中子星相互繞轉碰撞，可能產生引力波。功夫不負有心人，2017 年 8 月，LIGO-Virgo 團隊捕獲了第一個此類事件，并于今年 4 月 25 日再次捕獲此類事件。

圖片說明：物理學家使用 LIGO 和 Virgo 天文臺捕捉宇宙中的各種碰撞，包括成對的中子星。來源：英國《科學新聞》雙周刊網站

　　而且，科學家借助電磁波段的望遠鏡進行的后續觀察，揭示了第一對中子星相互繞轉碰撞的隱藏細節，包括撞擊后產生了金、銀和鉑金等貴金屬元素。

　　3、一顆中子星撞入一個黑洞內狀態：可能已經發現

　　另一種可以在時空中產生引力波的合并類似于我們在冰淇淋攤上看見的巧克力香草漩渦：一個黑洞和一個中子星合并成一個極端星體。LIGO-Virgo 可能于 4 月 26 日看到了這種合并的“蛛絲馬跡”，但鑒于信號太弱，科學家們目前還無法對其蓋棺論定。

　　張承民解釋道，如果證實該信號的確代表了一個黑洞和一顆中子星相撞，那將證明這兩種天體可以“比鄰而居”。在合并之前，該黑洞和中子星曾經組成了一個緊密的二元系統，相互繞軌道運行，最后一起踏入墳墓。

　　科學家們稱，研究這樣一個系統有助于梳理構成中子星內部所謂“核面食”的神秘物質。天體物理學家推測，恒星變成中子星時，密集的中子會以不同方式被推移和拉動，導致其在表面下形成各種形狀。這類似于不同種類的意大利面食，因此被統稱為“核面食”。

　　2017 年“現身”的中子星合并事件向科學家們泄露了一些中子星構成的細節，包括它們的最大質量和松軟度。監控黑洞-中子星合并可以向我們展示，在一個黑洞的極端引力附近，中子星會如何變形，這也是與“核面食”行為有關的一個謎團。

　　4、中等質量黑洞的碰撞狀態：尚未發現

　　迄今為止，LIGO 和 Virgo 探測到的所有黑洞的質量都為恒星質量，這意味著它們的“體重”通常不到太陽的 100 倍。物理學家們也知道，超大質量黑洞的“體重”是太陽質量的數百萬或數十億倍，但目前尚不清楚是否存在質量介于這兩者之間的黑洞。

（VIRGO）引力波探測器的鳥瞰圖

　　Virgo 團隊成員、意大利特蘭托大學的喬瓦尼·安德里亞·普羅迪表示，這種中等質量的黑洞“可能介于恒星質量黑洞與星系中心超大質量黑洞之間”。

　　以前的研究已經看到了這種中等質量黑洞的“蛛絲馬跡”，但探測到彼此相撞產生的引力波將是更明確的證據。

　　5、一顆凹凸不平的中子星狀態：尚未發現

　　另一種揭示中子星“核面食”秘密的方法是探測其表面的微型“山脈”。2018 年 10 月，美國和加拿大科學家在《物理評論快報》上撰文指出，“核面食”由于強度極高、密度極大，甚至可以堆疊成“山脈”，把部分中子星的外殼頂起來，在其表面形成凸起。在中子星旋轉過程中（中子星旋轉的速度極快），這些凸起處理論上會形成引力波。這樣的引力波有助于解釋“核面食”需要多大的硬度，才能支撐這些凸起的“山脈”。

　　科學家曾探測到兩顆中子星相撞產生的引力波，但要判斷“核面條”是否與之有關，還需要開展大量研究，因此，探測到表面有凸起的中子星也成為科學家們心目中“在水一方的佳人”。

　　當然，與其他大多數引力波來源不同，表面有凸起的中子星將產生連續的引力波輻射。

　　6、超新星爆發狀態：尚未發現

　　LIGO 和 Virgo 也可以從超新星爆發中捕獲引力波，超新星爆發是大質量恒星生命結束時的一種電磁輻射極其明亮的劇烈爆炸。

　　張承民介紹說：“超新星爆發會發射出許多光和粒子，包括被稱為‘幽靈粒子’的中微子，它們出生于爆發中央的深處，但科學家迄今一直未曾理清楚，究竟是什么讓一顆恒星爆發成一顆超新星。”

　　張承民表示，我們知道的是，在超新星爆發期間，恒星的中心核坍塌，由此產生的原子-中子星從坍縮核的殘余那里收集物質，原子-中子星表面的渦流會使其像鐘擺一樣振動，發出引力波。

　　普林斯頓大學的天體物理學家戴維·拉迪斯及其同事于 4 月 29 日在《天體物理學雜志快報》上報告說，這種特定的引力波信號與渦流的強度和新生中子星的結構密切相關，“引力波、中微子和來自下一顆銀河系超新星的光波可以讓我們了解這顆爆炸恒星的結構、以及驅使爆炸發生的機制。”

　　但問題在于，天文學家們不知道下一顆超新星爆發何時發生。拉迪斯說：“根據我們的估算，每 100 年可能只有 2 次超新星爆發，所以我們需要非常幸運，或者非常有耐心。”

　　7、大爆炸產生的引力波狀態：尚未發現

　　物理學家們認為，來自宇宙各處的許多小引力波一直在爭先恐后地涌入地球，這些小引力波構成了引力波的隨機背景，就像擁擠房間里各種各樣的雜音。

　　物理學家認為，至少其中有一些“雜音”來自宇宙大爆炸。探測到大爆炸本身產生的引力波意味著科學家們能比以往任何時候都更深入地了解宇宙的歷史，但這種信號很難與其他信號分離開。LIGO 團隊成員、伊利諾伊州埃文斯頓西北大學的克里斯托弗·貝瑞說：“目前的探測器還無法‘揪出’這些信號。”

　　8、意外驚喜狀態：尚未找到

　　當然，探測器也有可能發現科學家們目前還不認識的引力波來源。貝瑞說，每當研究人員以新的方式觀察宇宙時，他們都會發現一些意料之外的東西。

　　LIGO 發言人、威斯康星大學密爾沃基分校的帕特里克·布雷迪說：“引力波天文學的時代已經到來，這個全新宇宙的窗口有望為我們提供一個全新的視角，來逐一揭開籠罩在宇宙頭上的神秘面紗。”

　　來源：科技日報 文中圖片除標注外來自網絡

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　　編輯：劉義陽

　　審核：管晶晶

總結

以上是生活随笔為你收集整理的千万里我追寻着你，LIGO正在寻找这8种引力波源的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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