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引力波--开端由爱因斯坦猜测,一个世纪后由先进的观测站勘探到的时空中的鬼魂涟漪,这引发了天体物理学的一场革新,提醒了黑洞和中子星兼并的本来躲藏的细节。现在,科学家们使用这些波打开了世界的另一个新窗口,为中子星的切当形状供给了新的约束。这一成果将有助于研讨人员不断探究这些奇特物体的内部作业原理。

到现在为止,华盛顿和路易斯安那州的激光干与引力波观测站(LIGO)和意大利的处女座引力波观测站现已勘探到了11个引力波事情。在这些事情中,10个来自双星黑洞的兼并,1个来自两颗中子星的兼并。在一切情况下,波的方法都契合爱因斯坦广义相对论的猜测。

关于双星黑洞事情,经过的波继续不到一秒;关于兼并的中子星,发射的时刻约为100秒。但如此快速的脉冲并不是仅有种能够流经世界的引力波。特别是,孤立的中子星在自旋信号时或许会发射可勘探到的引力波,这或许会提醒这些恒星的地势和内部组成的新的重要细节。

中子星是恒星的尸身,当巨大的恒星作为超新星爆破时留下的残余物。这种爆破的力气紧缩了即将平息的恒星的中心,将其转变成一个超细密的中子球,其质量略大于咱们的太阳,但被揉捏后的直径只要20公里左右。

理论核算和观测依据都标明,中子星来源的物理极点或许使它们成为现在存在的最理想的球形大标准天体,只表现出最细小的完美误差。但是,即使是这些细小的缺点也或许发生严重结果,外表只要几厘米高的“山”,或许是因为恒星外壳的裂纹或恒星磁极上的物质吸积而构成的,而磁极并不一定与其自转轴相同。在这种情况下,中子星对球形度的违背将取决于它的“状态方程”--恒星半径、质量和超强磁场之间联系的衡量。

LIGO科学协作安排(LIGO Science Collaboration)的成员,剑桥大学的内森·约翰逊-麦克丹尼尔(Nathan Johnson-McDaniel)表明:“人们的确以为,任何重要的引力波都来自恒星的大标准不对称变形,而不是小的拱起或山脉。”一些细微的不对称也被以为只是是因为中子星的自转,相似于地球的赤道凸起,由离心力推进远离轴心。一些中子星的自转速度十分快,以至于它们外表的一个点或许会以光速的十分之一移动。

不管怎样,任何晃动都会不断地发生引力波,物理学家称之为“接连引力波”。它们比迄今为止从兼并中所看到的引力波小100倍,而兼并自身的引力波便是大约10^-12的平整时空的细小误差。在2016年11月至2017年8月LIGO的第2次观测中,干与仪查找了整个天空,寻觅接连的引力波。接下来,LIGO团队成员挑选出大约四个月勘探时刻的一切信号,过滤出代表地上布景噪音(如细小地震乃至路过的货车)的假阳性信号。

使用改善的数据挑选算法,这项研讨的作业人员对中子星的椭圆度设置了新的、独立的上限,这是衡量中子星离完美球体有多远的一种办法。他们剖析的关键是,在距地球大约3万光年的范围内,中子星好像都不会违背百万分之一以上的完美球形度。事实上,这些奇特物体上存在的任何山脉都必须是十分细小的凸起。

但南安普顿大学(University of Southampton)的使用数学家尼尔斯·安德森(Nils Andersson)表明,这项研讨需求放在布景中考虑。他说,对已知脉冲星的研讨--快速旋转的中子星宣布像灯塔相同的辐射束--现已对椭圆度施加了约束,比这项研讨的椭圆度要好1000倍左右。即便如此,或许有许多中子星没有可勘探的电磁辐射,它们太暗了,或许是因为它们的磁场很弱。安德森说,这些设想恒星的接连引力波的发射或许是天文学家看到它们的仅有方法。这是一个困难的问题,涉及到恒星弹性外壳是怎么开展的,以及内部磁场是怎么演化的,咱们不知道怎么处理这个问题。

虽然最新的查找没有找到任何接连的引力波,但经过挑选第2次观测运转的数据取得的常识或许会削减在未来的数据会集进行相似查找所需的十分贵重的核算机时刻。灵敏度的进步将使人们得以成功地窥探一个基本上未经检验的范畴。印第安纳大学布鲁明顿分校的查尔斯·霍洛维茨(Charles Horowitz)表明:“我对此以及其他有希望的全天查找引力波感到振奋。引力波的天空在很大程度上是不知道的,它或许包括真实的惊喜,这些或许是特殊的发现。”

LIGO的第三个调查期从4月开端。这一最新的观测运转将继续一年,一切这一切都进步了40%的仪器灵敏度,答应查找到三亿光年左右的双星黑洞兼并。

除了希望更多的双星黑洞兼并,灵敏度的进步和更长的运转时刻也将答应对接连引力波的更深化的查找。霍洛维茨说:“我达观地以为,终究将会发现来自旋转中子星的接连引力波,这将供给有关这两者的重要信息。”