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每200秒就有一对黑洞合并,引力波观测可以更远80亿光年!

2020-09-16  博科园

先进的LIGO和室女座引力波探测器记录了35颗合并黑洞和中子星的数据。这是一个很棒的结果,但是这期间错过了什么呢?根据澳大利亚莫纳什大学引力波发现ARC卓越中心罗里·史密斯博士所说:很可能还有200万次来自合并黑洞的引力波事件,平均每200秒有一对合并黑洞,每15秒就有一对合并的中子星,然而科学家并没有发现这些事件,观测到的还只是冰山一角。

史密斯博士和莫纳什大学同事们已经开发出一种方法,可以探测到这些迄今为止没有被注意到的微弱或“背景”事件的存在,而不必逐个探测每个事件。该方法目前正由LIGO引力波天文台进行测试,这意味着可能能够观测到比目前观察到更远80亿光年的地方。这将让天文学家对早期宇宙的面貌有一个大概了解,同时也能洞察宇宙的演化过程,其研究发表在《皇家天文学会月刊》上。

研究介绍了研究人员将如何测量数百万个未解决黑洞合并产生的引力波背景性质。双星黑洞合并以引力波的形式释放出巨大能量,现在正在被先进的LIGO-Virgo探测器网络例行探测到。根据来自OzGrav-Monash合著者Eric Thrane的说法:这些由单独双星合并产生的引力波“携带着关于宇宙中最极端环境中时空和核物质的信息。对引力波的单独观测追踪了恒星、星团和星系的演化。

  • 图示:漫游宇宙的引力波背景嗡嗡声艺术印象概念图,图片:卡尔·诺克斯,奥兹格拉夫/斯温本理工大学

通过将许多合并事件信息拼凑在一起,科学家可以开始了解恒星生存和演化的环境,以及是什么导致了它们最终成为黑洞的命运。看到这些合并产生的引力波越远,宇宙形成的时间就越年轻,可以追溯整个宇宙时间的演化,追溯到宇宙只有当前年龄的一小部分的时候。研究人员测量了双星黑洞合并的群体属性,例如黑洞质量的分布。绝大多数小型双星合并产生的引力波太弱,无法产生明确的探测,所以天文台目前错过了大量的信息。

此外,关于黑洞数量的推论可能容易受到'选择偏差’影响,因为我们只看到了少数几个噪声最大、距离最近的系统。选择偏差意味着我们可能只得到了黑洞的快照,而不是全貌。史密斯和斯兰开发的分析正在使用来自LIGO-Virgo探测器的真实世界观测进行测试,预计该项目将在几年内全面投入使用。

博科园|研究/来自:澳大利亚研究委员会引力波发现卓越中心

研究发表期刊《皇家天文学会月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1642

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