黑洞合并引力波模拟动画发布:扩散的时空涟漪
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2015年09月30日
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动画：这段动画是由欧洲空间局(ESA)制作并对外发布的，其采用了复杂的计算机模型，模拟了两个黑洞相撞时在宇宙中掀起的时空波纹
新浪科技讯 北京时间9月30日消息，据英国《每日邮报》报道，如果我们能够看到引力波，那么这就将是两个黑洞相撞时我们将能够看到的景象。这些鬼魅般的波纹是时空震荡的涟漪，它将告诉我们在大约140亿年前宇宙时如何诞生的。
这段动画是由欧洲空间局(ESA)制作并对外发布的，其采用了复杂的计算机模型，模拟了两个黑洞相撞时在宇宙中掀起的时空波纹。这一模拟涉及黑洞附近极端引力场环境下复杂的电子与磁场相互作用机制。到目前为止，引力辐射仍然只是停留在间接观测阶段，还从未能被直接观测到。
之所以会出现这样的情况，是因为引力波的测量极其困难，这种时空涟漪掀起的“波澜”只会引起原子出现大约10万亿亿分之一倍的晃动。因此，要想建造一台能够测定这种尺度上晃动的设备，就像是要求你测定太阳到地球之间的距离，且误差不得大于一个氢原子直径。
这就是两个黑洞相撞时我们将能够看到的景象。这些鬼魅般的波纹是时空震荡的涟漪，它将告诉我们在大约140亿年前宇宙时如何诞生的
一组澳大利亚天文学家在过去的11年间致力于通过精确测定毫秒脉冲星信号搜寻宇宙中引力波的迹象，但一无所获。研究人员怀疑这可能与黑洞的合并机制有关
在经过数十年的技术开发和实验之后，建造在地面上的探测装置的精度正在逐渐接近所要求的指标。但相关研究工作近日却遭受了一次严重打击：根据《科学》杂志上最新刊载的一篇论文显示，引力波的性质可能要比我们原先设想的更加诡异。
这篇论文详细总结了澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)以及国际射电天文研究中心的瑞安·香农(Ryan Shannon)博士研究组在过去11年间的工作。为了搜寻引力波，香农博士的研究团队使用了高分辨率的帕克斯望远镜对一系列毫秒脉冲星进行监视。这些小型天体会产生高度精确的射电脉冲，就像一个个精确的太空钟表。
科学家们以数百亿分之一秒的精确度记录下这些脉冲星射电信号的抵达时间。爱因斯坦的理论指出宇宙中的引力波会扭曲地球与脉冲星之间的时空，造成时空本身的压缩或拉伸，幅度大约是10米左右——考虑到脉冲星极其遥远的距离，这是一个极其微小的变化。
然而正是这种极其微小的距离变化也将造成脉冲星信号抵达地球时间上的差异，尽管这种差异极端微小。
帕克斯天文台巨大的射电望远镜。为了搜寻引力波，香农博士的研究团队使用了这里的高分辨率望远镜设备对一系列毫秒脉冲星进行监视。这些小型天体会产生高度精确的射电脉冲
引力波意义重大，其中的原初引力波则被认为直接与宇宙大爆炸有关。在2014年，美国Bicep2望远镜团队曾经宣布发现原初引力波信号(如图)，但后来这一结果被证明是不准确的
科学家们在过去的11年里对一系列毫秒脉冲星进行仔细观测记录。按道理这样的时间跨度应当已经足以让研究组识别出引力波的信号，但奇怪的是，他们一无所获。香农博士表示：“我们一无所获，甚至连最细微的信号也没有。”他说：“感觉宇宙一片寂静，至少对于我们正在搜寻的这种宇宙涟漪而言是这样。”
当然这并非意味着爱因斯坦关于引力波的理论是错误的，相反，科学家们认为这可能是因为黑洞的合并过程太过迅速。因此两个黑洞相互绕转的阶段会非常短促，而这正是它们产生引力波的过程，由于这一过程非常短促，于是黑洞合并过程产生引力波信号的时间也就非常短促。
香农博士的研究组成员，澳大利亚莫纳什大学博士后保罗·拉斯基(Paul Lasky)表示：“黑洞的周围可能存在气体物质，这些气体物质会相互摩擦，消耗黑洞的轨道能量，导致两个黑洞迅速接近并合并。”
但不管是何种原因，这就意味着天文学家们想要真正记录到宇宙中的引力波信号，或许他们还需要等上许多年。不过，他们所使用的探测器或许只能看到一半的图景：两个小型黑洞(每个的质量都不超过数个太阳质量)之间的相撞与合并将产生高频率引力波信号，这种信号应当能够在地面上被探测到。而那些拥有数百万个太阳质量，深居于星系核心的超大质量黑洞，它们产生的引力波信号的频率就会非常低。目前，欧洲空间局(ESA)已经将引力波宇宙巡天确定为该机构“宇宙视野”(Cosmic Vision)计划未来的优先研究方向，预计将在2034年研制并发射相关巡天探测器。(晨风)