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“时空涟漪”震撼天体物理学界

大约一亿三千万年前,两个致密物质球体相撞。这两颗撞毁了的中子星的内核,如一座城市般大小,螺旋向内,合并成一个巨大的火球。在碰撞中,它们产生了“时空涟漪”,也就是引力波。

今年8月17日,研究人员在两个不同的观测点上——激光干涉引力波天文台(LIGO)位于路易安娜和华盛顿的两个探测器——看到了引力波的信号。

LIGO 实验室

LIGO的欧洲合作者处女座(Virgo)引力波探测器没有看到信号,但他们很快意识到是由于引力波源于Virgo的一个盲点。当引力波在LIGO的天文台狭小的时空图标中移动时,它拉伸、压缩长达数千米的探测臂。这是人类迄今为止第五次发现引力波。

引力波示意图

但这这与前四次不同。

首先,这是首次观测到的来自中子星的引力波。前几次的引力波都来自于黑洞碰撞。更酷的是,LIGO和Virgo第一次由一组老式望远镜——哈勃太空望远镜和欧洲甚大望远镜(VLT)——帮助完成。在引力波研究人员看到信号后的几分钟,他们通知天文台的伙伴,并建议他们把望远镜指向它的方向。

大约有70个观测站通过捕捉不同类型的光线共同观测了此次天文事件:X光、紫外、可见光、红外及射电波。将引力波信号与望远镜图像相结合,可以确认其位置,辨认出它源自于两颗中子星,并描述它们碰撞的细节。

加州州立大学富尔顿校区的LIGO物理学家Jocelyn Read 说:“这很像是所有感官的结合,他们每个都从不同的角度告诉你发生了什么事。”

当 Read 获悉探测到信号时,她正在蒙大拿的一场研讨会上,准备展示假设的中子星相撞。在宣布消息之前,LIGO和Virgo需要对外保密,以防消息泄露。中子星探测发生于两个月之前,1500多名参与该项目的研究人员被禁止在10月16日之前公开谈论。

当望远镜的光阑被观测到的时候,探测的谣言就开始传播了。8月18日,观测的第二天,德克萨斯大学奥斯汀分校的一位天文学家在推特上发布了这条消息。

没有参与的研究人员注意到,并在网上评论说,一些天文台的公共互联网日志声称他们是在LIGO的建议下利用望远镜观测。

正如他们猜测的那样,LIGO成员对此事含糊其辞。10月3日,在关于诺贝尔物理学奖的新闻发布会上,一名记者直接问了新获奖者和先锋研究员Rainer Weiss,即将发布的消息是否与中子星有关。

奥伯林学院的物理学家 Rob Owen 虽然研究引力波,但并不是LIGO的成员,他在三周前听说了探测结果——因为他的朋友在Facebook上发布了谣言。

他说:“实际的LIGO成员并没有公开谈论,也没有在Facebook上发布任何消息,但是其他人可能已经听到了不知从哪儿来的谣言。”

与传统观测站的合作,使得这次的探测更难保密。人越多,越难保密。传统的天文台也被用来快速地发布数据。Read 说:“我们所拥有的望远镜,都在迫切宣布他们各自的发现。对于我们自己的设备来说,我们可能会想要更多的时间。”

LIGO 的第一次发现花了大约六个月的时间才宣布,而这一次只花了不到两周。有了额外的时间,Read 希望能够更详细地了解数据。

虽然现在,他们“有足够的信心”说,引力波来自于两个中子星相撞。但严格说来,他们只知道这一碰撞发生在两个典型中子星之间。这一引力波仍然有可能来自于中子星与黑洞之间的碰撞——他们可能永远无法确定。在接下来的几个月和几年里,将会针对这一事件进行更多的分析。

重力波研究人员历来守口如瓶,因为他们在物理学家中缺乏信誉度。卡迪夫大学的社会学家 Harry Collins 说:“他们是一群局外人,经常被科学界的其他成员嘲笑。”

他从1972年开始追踪引力波研究的传奇事迹,并在他的书《地心引力之吻》(Gravity’s Kiss)中写下了第一次引力波探测。在LIGO于2016年2月宣布第一次发现之前,其他物理学家批评了研究超过10亿美元高成本设备。即使是预测引力波存在的爱因斯坦,也怀疑是否有人能探测到它们。

历史上的失态也没有帮助建立他们的信誉。物理学家 Joseph Weber在20世纪70年代声称他发现了引力波——但其实他没有。2015年,在南极的望远台工作的物理学家也不得不撤回类似的说法。

加州州立大学富尔顿校区的物理学家,同时也是LIGO成员的Geoffrey Lovelace说:“在向全世界宣布之前,我们想要确保所有的东西都被检查过了。”对于科学家来说,对错误保持警惕是有道理的。在如今的政治氛围中,科学作为一个整体,被批评明显的资源浪费,利益冲突,或错误解读结果,而对科学家来说,在世界面前丢脸是很危险的。

但引力波研究人员使它成为了主流,不管他们是否意识到这一点。他们已经探测到5个引力波,并通过多个探测器获得同步数据证实了测量结果。

先锋研究人员Rainer Weiss, Kip Thorne, 以及Barry Barish 在本月凭借为LIGO探测器建设和发现引力波所作贡献获得了诺贝尔物理学奖。他们甚至已经部分地解决了一个长期存在的谜团——像黄金这样的重元素是如何在中子星的碰撞中产生的。

Collins 认为,LIGO 和 Virgo 将逐渐放松对引力波数据的铁腕控制。对于最初的几次探测,赌注非常高,因为他们以前从未做过。现在他们有了信誉度。他们已经证明了他们有能力探测到引力波——现在他们的目标是探测到更多以便了解太空中的外来物体。

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