引力波在宇宙中留下可观测的后遗症

2022-02-24 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:425 /
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引力波是由宇宙中一些最猛烈、最有能量的过程引起的时空“涟漪”。阿尔伯特·爱因斯坦在1916年的广义相对论中预言了引力波的存在。新的研究表明,这些波留下了大量的“记忆”,即使它们已经过去,也有助于发现它们。激光干涉仪引力波观测站(LIGO)的双探测器观测到的引力波是在两个黑洞合并的......

引力波是由宇宙中一些最猛烈、最有能量的过程引起的时空“涟漪”。阿尔伯特·爱因斯坦在1916年的广义相对论中预言了引力波的存在。新的研究表明,这些波留下了大量的“记忆”,即使它们已经过去,也有助于发现它们。

Gravitational waves observed by Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) twin detectors were produced during the final fraction of a second of the merger of two black holes to produce a single, more massive spinning black hole. Image credit: T. Pyle / LIGO.

激光干涉仪引力波观测站(LIGO)的双探测器观测到的引力波是在两个黑洞合并的最后几分之一秒内产生的,以产生一个单一的、质量更大的旋转黑洞。影像学分:特·派尔/ LIGO。

康奈尔大学物理系博士生亚历山大·格兰特(Alexander Grant)说:“引力波通过后会给探测器留下永久的变化,这是广义相对论中相当不寻常的预测之一。

物理学家早就知道引力波会在粒子的路径上留下记忆,并且已经确定了五个这样的记忆。

格兰特和他的同事们现在已经发现了引力波经过的另外三个后果,即“持续引力波观测”,有朝一日可能有助于识别穿过宇宙的波。

格兰特说:“每一种新的可观测到的现象都提供了不同的方式来证实广义相对论,并提供了对引力波内在属性的洞察。

这些特性有助于从宇宙微波背景中提取信息,宇宙微波背景是大爆炸留下的辐射。

同样来自康奈尔大学的埃安娜·弗拉纳根教授说:“我们没有预料到可以观察到的丰富性和多样性。

该团队确定了三个可以观察到的现象,显示了在时空中的平坦区域中引力波的影响,该区域经历了引力波的爆发,之后它再次回到平坦区域。

第一个可观察到的“曲线偏差”是两个加速的观测者彼此分离的程度,相比之下,具有相同加速度的观测者在没有引力波干扰的平坦空间中彼此分离的程度。

第二个可观测的“全息性”是通过引力波沿着两条不同的曲线传输关于粒子的线性和角动量的信息,并比较这两个不同的结果而获得的。

第三个研究当其中一个粒子有内在自旋时,引力波如何影响两个粒子的相对位移。

物理学家用探测器可以测量的方式定义了每一种可观测的现象。

“曲线偏差和旋转粒子的检测程序相对简单,只需要一种测量分离的方法,观察者就可以跟踪它们各自的加速度,”他们说。

“探测可观测到的全息现象会更加困难,需要两个观测者测量时空的局部曲率(可能通过携带小型引力波探测器本身)。”

“考虑到美国国家科学基金会的激光干涉仪引力波观测台探测一个引力波所需的尺寸,探测全息观测的能力超出了当前科学的范围。”

“但我们已经用引力波看到了很多令人兴奋的东西,我们还会看到更多。甚至有计划在太空中放置一个引力波探测器,它将对不同于LIGO的来源敏感,”弗拉纳根说。

该团队的工作发表在《物理评论d》杂志上。

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annaFlanagan等人,2019年。持续引力波可观测:一般框架。物理版本d99(8):084044;doi: 10.1103/PhysRevD.99.084044


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