可以用「眼睛」捕捉引力波？

根據《自然》雜誌報道，天體物理學家在8月中旬可能探測到了新引力波。一名來自德克薩斯大學的天體物理學家J?克雷格?惠勒也發表了一系列推文說到，該引力波與以往發現的不同，這次探測到的信號是存在光學對應體的！這也就意味著若情況屬實，它將是由兩個中子星合併產生的，而不單單是由黑洞碰撞產生的。它會發出可見光，我們可以親自「看」見它。若得到確認，那將會說明：引力波既能被傳統望遠鏡「看到」，也能作為時空結構中的振動被聽到。

重溫引力波

引力波最早由愛因斯坦於1918年提出，此後不斷有人去尋找或驗證它的存在。然而百年內的屢次探測卻不得而終，從而成為了人們的心結所在。自2015年LIGO團隊第一次發現引力波起，接近兩年的時間我們接連發現了三次引力波事件，且幾次發現的引力波都是由黑洞碰撞產生的。

圖一：愛因斯坦在黑板上進行演算（圖片來自於網路）

我們先複習一下愛因斯坦的廣義相對論。相對論說，我們所處的時空會因為該時空物質質量大小而發生變化。顯著點的，質量極大的黑洞就會對其周邊產生顯著影響，讓其時間相對變慢。若物質是靜止的，那麼它對周邊時空產生的影響就是恆定的，但它要是運動起來，它對周邊時空產生的影響就處在不斷地變動中了。

圖二：大質量物體引起時空彎曲（圖片來源於視覺中國）

我們知道，變化的電場或磁場能夠產生引力波，同樣，變化的引力也能產生引力波。好比在湖面上有條靜止的船，此時湖面不會有任何變化，一旦船開動起來，它就會在周邊產生陣陣漣漪，因而我們又稱引力波為「時空的漣漪」。

事件緣起

早在8月18日，天文學家維勒在網上發文稱：「LIGO驚人新發現，來自光學對應體。」隨後一小時內有學者稱該信號是由位於NGC4993星系的中子星產生。此時的天文圈內的傳聞也沸沸揚揚。此前LIGO就與歐洲VIRGO引力波探測器進行了合作，通過這些最新的謠言可以嗅探到合作已經得到了回報。

LIGO此前三次探測到的引力波都由黑洞合併產生，但這類引力波能量太大，在可見光波段無法觀測，只可用望遠鏡連接設備「聽」到引力波的振動。而中子星相對黑洞質量要小些，合併產生的引力波會更加微弱，頻率將會在可見光範圍附近。因此，不自滿的研究人員希望更進一步，能夠探測到中子星的碰撞。

圖三：LIGO觀測站（圖片來源於LIGO官網）

傳聞四起後，多台望遠鏡紛紛上陣，開始對NGC4993星系進行「地毯式掃描」，希望也能捕獲到中子星碰撞產生的引力波信號。NASA官網在8月19日曾公布了一系列觀測記錄，指出在該星系觀測到被稱為伽馬射線暴（GRB）的事件，或許揭示了中子星合併而產生的引力波事件。哈勃望遠鏡還開通了NGC4993星系的直播畫面，表明研究團隊正在用望遠鏡上的光譜儀觀測中子星的合併過程，但謹慎的哈勃官方隨後刪除了內容。

圖四：中子星合併（圖片來源於科技日報）

天文學家們對他們所研究的還是很謹慎的，不會動不動就搞一個「震驚」。LIGO和Virgo目前已經結束對相關數據的新一輪分析，但為了確信這次發現不是孤證，還需要探究更多的「潛在事件」。所以，我們要能做的，就是耐心去等待後續的報道。

意義何在？

中子星是大質量恆星在耗盡燃料之後爆炸的產物。中子星本身可以被認為是一個宏原子，大質量的原子核僅由中子組成，被困在強引力場中，高速旋轉，通常具有強大的星際磁場。然而，關於中子星物理學領域依然還存在許多未解之謎，一個主要問題就是中子星是否符合人們的理論設想，還是這些中子星被徹底摧毀了，得用其他量子理論來解釋？

迄今為止，科學家們都是以低溫狀態模擬中子星物質，對其內部結構還有許多地方不清楚。但如果我們真的探測到了中子星合併產生的引力波，我們就會知道他們碰撞會產生什麼現象。我們迫切希望通過兩顆中子星合併或中子星與黑洞合併所產生的引力波來揭示中子星的構造，從而使研究者們推斷出恆星組成物質狀態的方程式。

圖五：中子星藝術圖（圖片來源於網路）

另外，如果證實發現新型引力波，那麼將標誌著天文學研究進入了新時代。在這個新時代，隨著時空結構的振動，傳統望遠鏡不僅能「看到」同時還能「聽到」所觀測的天文現象。伊利諾伊大學香檳分校的天體物理學家斯圖亞特?沙皮羅表示：「這是一項不可思議的進步，將大大加深我們對宇宙的認知。」

圖六：星系藝術圖（圖片來源於網路）

如同一個天生又聾又啞的盲人，突然有一天我們的聽力恢復了，我們可以聽到這世界的鳥叫蟬鳴，然後我們又希冀著能夠親自看到它們。很幸運，我們的眼睛能睜開了，我們可以享受到世界的奼紫嫣紅，那興奮欣喜之情可想而知。

現在，引力波的世界已經被撬開了一道裂縫，春天的種子已經播撒，相信碩果累累的大豐收離我們也不遠了！

參考文獻

【1】Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting，自然雜誌http://www.nature.com/news/rumours-swell-over-new-kind-of-gravitational-wave-sighting-1.22482?from=timeline&isappinstalled=0

【2】LIGO或首次「看」到引力波，科技日報http://www.stdaily.com/kjrb/kjrbbm/2017-08/29/content_572498.shtml

【4】徐峰, 岳友嶺, 徐仁新. 脈衝星、中子星與夸克星[J]. 自然雜誌, 2007, 29(4):200-203.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！