22 6 月, 2021

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旋转的中子星揭示了对难以捉摸的连续引力波的新见解

艺术家对不对称中子星旋转产生的连续引力波的印象。 图片来源:奥斯威夫大学斯威本大学马克·迈尔斯

首次发现后五年 引力波,包括ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)在内的国际科学家团队继续寻找新的发现和对宇宙的见解。 使用超灵敏,千米大小 乐高积木 该小组目睹了美国的探测器和欧洲的处女座探测器,目睹了黑洞和中子星的爆炸碰撞。 但是,最近的研究一直在寻找完全不同的东西:孤立,快速旋转的难以捉摸的信号 中子星

拿一颗太阳大小的恒星,将其撞击成一个二十公里宽的球体(大约是从墨尔本机场到市中心的距离),您将拥有一个中子星:这是已知宇宙中最稠密的物体。 现在,将您的中子星以每秒数百转的速度绕轨道运行,并仔细聆听。 如果您的中子星不是完全球形的,它将稍微振荡,并且您会听到微弱的“嗡嗡声”。 科学家称此为连续的引力波。

到目前为止,这些嗡嗡作响的中子星已被证明难以捉摸。 OzGrav还是美国的博士后研究员Carl Witt 澳大利亚国立大学 “想象一下,你在澳大利亚丛林中听野生动植物的声音。重力波从 黑洞 到目前为止,我们观察到的中子星碰撞就像鹦鹉般的尖叫声-大声喧loud,很容易发现!

但是,连续的引力波就像遥远的蜜蜂的连续的嗡嗡声,很难检测到。 因此,我们必须使用一些不同的策略。 有时我们会朝着特定的方向前进-例如,开花灌木丛中的蜜蜂更容易聚集。 其他时候,我们闭上眼睛,专心聆听所有可以听到的声音,试图消除背景中的嗡嗡声。 到目前为止,我们还没有运气,但我们会继续努力! 一旦我们听到了连续的引力波,我们就能深入到中子星的心脏并揭示其奥秘,这是一个令人兴奋的可能性。”

最近与OzGrav进行的一项合作研究更仔细地研究了被称为超新星爆炸的恒星残留物。 我们使用三种不同的管线:一种针对灵敏度进行了优化,另一种可以处理快速发展的信号,另一种针对物理场景进行了优化,这是LIGO首次针对所有这三种情况进行的研究,从而增加了我们不断检测电波的机会。

已经证明,检测连续引力波非常困难,但是使它们难以捉摸的相同属性使其成为有吸引力的目标。 信号的确切形状(即其频率,频率变化的速度,频率的高低等)取决于中子星是什么。 到目前为止,中子星的结构是一个悬而未决的问题,吸引了各种物理学家。 即使没有发现,这项研究也使我们能够了解中子星未知物理学的幕后故事。 当我们检测到连续波时,我们将拉开帷幕,向新的物理学照耀。 在此之前,我们可以利用现有信息来增进了解并改进研究方法。”

OzGrav副研究员Lilli Sun说:“超新星残骸中的年轻中子星是寻找小的连续引力波的有希望的目标,因为它们花费的时间不足以放松和稀释出生时引入的反差。”澳大利亚国立大学。这些年轻的中子星发出的连续波在第三轮观测中,我们首次考虑了恒星内部结构和结构可能产生由两种不同谐波发出的信号的可能性。在O3中,我们设置了限制条件。“有趣的是中子星的性质。如果在探测器更敏感的情况下将来的观测中可以检测到这样的信号,它将为中子星的奇妙结构提供照明。 ”

西澳大利亚大学OzGrav的博士后研究员卡尔·布莱尔说:“引力波被用来探索宇宙中最奇怪的事物。”中子星应该由像巨原子核一样自身坍塌的物质组成。成为最奇怪的恒星之一我们对中子星非常了解,因为它们又小又奇怪,它们是硬的还是软的?当它们崩溃时迅速旋转时,它们会以引力波的形式从该能量中振荡吗?尽管还没有证据表明中子星产生连续的引力波,但是由于我们还没有测量从中子星发出的引力波这一事实,对中子星的摆动范围设置了限制。

此外,国际研究小组宣布的近期研究(包括美国/国际LIGO科学合作,欧洲处女座合作和日本KAGRA合作)都集中在脉冲星上。 这些是充当宇宙信标的中子星,以无线电波的形式发射大量能量。 脉冲星就像巨大的旋转磁铁,只不过它们比冰箱中的磁铁强大数十亿倍。 实际上,磁场是如此之强,以至于磁场使中子星的形状发生扭曲,甚至可能使连续的引力波变得杂乱无章。 尽管最近的研究没有捕获到任何东西,但他们发现“耳鸣”应发出的声音有严格的限制,在某些情况下,这已开始违背理论上的期望。

Deeksha Beniwal说:“观察LIGO和处女座探测器的O3操作产生的引力波,使我们能够对来自小型脉冲星的预测信号施加现实的约束。O3的观测结果也为测试不同的管道(例如研究方法)提供了机会,” Deeksha Beniwal说,来自阿德莱德大学的OzGrav博士生。在现实的环境中,不同的连续波信号。”

墨尔本大学Osgrave博士后研究员Meg Millhouse说:“中子星产生的连续引力波要比LIGO和处女座迄今所见的引力波小得多。这意味着我们需要不同的技术来因为它们是长期信号,所以“我们需要研究很多可能在计算上非常困难的数据。最近发表的LIGO-Virgo论文提出了多种检测连续重力波的聪明方法。在分析的最新数据中没有发现,我们有资格继续进行研究,并且随着LIGO收集更多数据,我们有可能进行发现。”

科学家估计,全球有数十亿颗中子星 银河系 伴随着持续的引力波微弱的杂音。 因此,其他研究采用了“睁大耳朵”的方法,将LIGO和处女座的数据组合在一起以获取任何信号提示。 到目前为止的结果表明,这些粉扑非常安静,位于探测器的“耳朵”之外。 但是,随着探测器技术变得更加先进和灵敏,连续重力波的首次探测可能成为现实。

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