Friday, January 30, 2015

引力波想象成地震发生后向外传播的地震波,只不过时空中这些“震荡”的源头都是一些高能天文现象, 黑洞与中子星的并合


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恒星,从引力波中汲取能量

引力波让恒星变亮 检测引力波的新方法 爱因斯坦广义相对论的新预言
艾麦乐 发表于  2014-09-23 19:02
引力波对物质可能有更多的影响,例如使振荡频率相符的恒星短时间内增亮。图片来源:哈佛大学
科学家已经证明,引力波,也就是在时空结构上传播的不可见涟漪,或许可以通过观测恒星而被“看到”。这一新的模型提出,恒星能从与自身振荡频率相同的引力波中吸收能量,从而增加亮度——这是爱因斯坦在1916年提出的广义相对论的一个新预言。
这项研究的第一作者、美国自然历史博物馆的研究助理巴里·麦克南(Barry McKernan)说:“在爱因斯坦提出这一理论近100年后,我们仍然能够找到其中隐藏的宝藏,这真是酷毙了。”他还在美国纽约城市大学曼哈顿社区学院担任教授,并在凯维里理论物理研究所任职。
你可以把引力波想象成地震发生后向外传播的地震波,只不过时空中这些“震荡”的源头都是一些高能天文现象,比如超新星(爆炸的恒星),中子星双星(一对恒星爆炸之后残存下来的两颗燃尽的核心),或者黑洞与中子星的并合。
尽管科学家很久以前就知道引力波的存在,但他们还从来没有直接观测到引力波,只是在地面和太空通过一系列实验试图能够做到这一点。直接观测引力波之所以如此困难,部分原因在于,引力波与物质的相互作用非常微弱。
不过,麦克南和他来自纽约城市大学、哈佛-史密松天体物理中心、普林斯顿高等研究院以及哥伦比亚大学的同事共同提出,引力波对物质的影响或许要比先前人们认为的更多一些。
新的模型证明,如果恒星的振荡频率与正在穿透它们的引力频率相符,就能够产生共振,从引力波中吸收大量能量。“就好像你有一个能以特定频率振动的弹簧,你以相同的频率敲击它时,就会使它振动得越来越剧烈。”麦克南说,“同样的事情,对引力波也适用。”
如果这些恒星吸收了大量能量,在缓慢释放这些能量的时候,短时间内它们就会像“被打了鸡血”一样,变得比平常更明亮一些。这可能给科学家提供了另一种方式,来间接检测引力波。
“你可以把恒星想象成木琴上的琴键——它们都有着各不相同的天然振动频率。”研究合作者莎维可·福特(Saavik Ford)说,“如果两个黑洞相互并合,发出某一特定频率的引力波,那就相当于一次只击打木琴上的一个琴键。不过,由于黑洞越靠越近时,引力波的频率会发生变化,这就相当于你击打了一连串的琴键。因此,你很可能会看到较大的恒星先变亮,随后越来越小的恒星也会相继变亮。”
这项研究还提供了另一种方法来间接检测引力波。从地球上或者太空中的某台引力波探测器的视角来看,当一颗振荡频率恰好合适的恒星从一个高能引力波源(比如正在并合的黑洞)前方经过时,探测器测量到的引力波强度会出现下降。换句话说,恒星,包括我们的太阳在内,都可能会“掩食”背后的引力波源。
麦克南指出,“说起‘掩食’,通常你想到的是恒星被什么东西遮掩,而不是反过来。”
这项研究于9月22日发表在《皇家天文学会月报:通讯》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters)上。这些科学家还将继续研究这些预言,尝试确定还需要再过多久,我们才能在一台望远镜或者一个探测器中观察到这些效应。(编辑:Steed

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