科学家从宇宙中最密集的物体中搜寻难以捉摸的连续引力波

2022年01月21日 18:33 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

把一颗与太阳大小相似的恒星,压扁成一个直径约20公里的球,你就会得到一颗中子星:已知宇宙中最密集的物体。现在让你的中子星以每秒数百转的速度旋转,然后仔细听。如果你的中子星不是完美的球形,它就会有一些晃动,导致它在空间和时间结构中不断发出微弱的涟漪,这些涟漪被称为连续引力波。

到目前为止,这些难以捉摸的连续引力波还没有被探测到;然而,在最近的一项研究中,一个由澳大利亚OzGrav研究员朱利安-卡林(来自墨尔本大学)领导的国际科学家合作,从一个特定类别的中子星中寻找它们:吸积型毫秒X射线脉冲星(AMXPs)。

细分来看,AXMPs可以有以下这几种:

脉冲星--宇宙的灯塔;它们是大质量超巨星(称为中子星)极其密集的塌缩核心,像灯塔一样发射出无线电波。随着脉冲星的旋转,每次光束指向地球时,我们可以在射电望远镜中看到一个脉冲。

吸积脉冲星--它们有一颗伴星,这被称为双星系统。吸积脉冲星以其伴星为食,从恒星上吸食物质并在其表面积累。

X射线脉冲星--它们发射出X射线脉冲。AMXPs有"爆发"的时候,X射线脉冲可以被观察到;也有"静止"的时候,X射线脉冲要么不被发射出来,要么太弱而无法看到。

毫秒脉冲星--它们旋转得非常快(一毫秒是千分之一秒)。旋转速度最快的AMXP只需要1.7毫秒就能完成一个完整的旋转。这意味着如果你站在表面上,你将以15%的光速(或大约45,000公里/秒)的速度旋转。

由于AMXPs积累了来自其伴星的物质,它们可能会发出比孤独的中子星更强的信号。这是因为一颗中子星的信号强度与它的不对称性成正比。天文学家推测,AMXPs上的这种物质堆积可能会在表面形成一个峰,因为物质被磁场输送到磁极上。页面上方显示的艺术家的印象图说明了这一点。

这次搜索使用了LIGO、Virgo和KAGRA第三次观测运行的数据,该运行从2019年4月持续到2020年3月。该团队从20个AMXPs中搜索到了连续的引力波--其中14个之前没有被搜索到过。

这项工作中使用的搜索方法是墨尔本大学的物理学家和工程师合作的结果。汉娜-米德尔顿(墨尔本大学和斯威本大学的OzGrav博士后)说:"我们用来搜索来自旋转中子星的连续引力波的方法类似于语音识别软件中的方法!"。不幸的是,这次没有令人信服地探测到连续引力波。然而,随着探测器技术和数据分析算法的不断改进,有可能在下一次观测中进行探测。

这种观察研究将使我们能够窥视中子星的心脏--告诉我们物质在极其密集的环境中是如何表现的。探测到来自中子星的连续引力波将使我们对这些奇妙的天文时钟是如何真正运转的有很大的了解。脉冲星是大自然最丰厚的礼物之一。它们的无线电信号彻底改变了天文学,为从恒星之间的气体到爱因斯坦的引力理论和宇宙中最强的磁场等一切问题提供了新的启示。

引力波正在成为基础物理学和天文学的一个重要工具。我们现在已经听到了近100对黑洞和中子星相互撞击的回声。我们一直在倾听,并希望在未来的几年里能找出快速旋转的中子星的蛛丝马迹。

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