皮皮虾科普网

皮皮虾科普网
分享国内外科学知识
皮皮虾科普网-国内外科学-科技-科普

要找到巨大的黑洞 请先从木星开始

更新时间:2020-09-14 11:16点击:

  1609年,我们从使用肉眼过渡到望远镜时,我们对夜空和我们在宇宙中的位置的了解就开始了革命。四个世纪以后,科学家们通过寻找引力波,在黑洞知识方面也经历了类似的转变。

要找到巨大的黑洞 请先从木星开始

  为了寻找比太阳大数十亿倍的未被发现的黑洞,物理学和天文学助理教授,前美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的天文学家斯蒂芬·泰勒(Stephen Taylor)以及北美纳赫兹引力波天文台( NANOGrav)的合作通过找到精确的位置-太阳系的重心-来测量表明这些黑洞存在的重力波,从而推动了研究领域的发展。

  黑洞是由极度扭曲的时空形成的纯重力区域。在宇宙中找到潜伏在银河系中心的最庞大的黑洞,将有助于我们了解此类星系(包括我们自己的星系)自形成以来数十亿年间是如何成长和演化的。这些黑洞也是测试物理基本假设的无与伦比的实验室。

  引力波是爱因斯坦广义相对论所预测的时空波动。当黑洞成对彼此绕轨道运行时,它们会辐射出引力波,从而使时空变形,拉伸和挤压空间。引力波于2015年首次被激光干涉仪引力波天文台(LIGO)检测到,为宇宙中最极端的物体打开了新的视野。LIGO通过寻找4公里长的探测器的形状变化来观察相对短的引力波,而美国国家科学基金会(NSF)物理前沿中心NANOGrav则在寻找整个银河系形状的变化。

  泰勒和他的团队正在寻找脉冲星发出的定期无线电波闪烁到达率的变化。这些脉冲星正在迅速旋转中子星,有些像厨房搅拌器一样快。它们还发出无线电波束,当这些束波扫过地球时看起来像星际灯塔。超过15年的数据表明,这些脉冲星的脉冲到达率非常可靠,可以作为出色的银河系时钟。在许多这些脉冲星之间相关的任何时间偏差都可能表明引力波扭曲了我们的银河系。

  “利用我们在银河系中观察到的脉冲星,我们试图像蜘蛛一样坐在静止不动的网中间,”泰勒解释说。“我们对太阳能系统重心的理解程度至关重要,因为我们试图感知甚至最小的麻木感。”太阳系的重心是重心,是所有行星,卫星和小行星的质量平衡的地方。

  我们网络的中心在哪里,绝对静止的位置在我们的太阳系中?并不像许多人想象的那样位于太阳中心,而是更靠近恒星的表面。这是由于木星的质量以及我们对其轨道的不完全了解。木星绕太阳公转需要12年,而NANOGrav收集数据已有15年。JPL的伽利略探测器(以使用望远镜观察木星卫星的著名科学家而命名)在1995年至2003年之间对木星进行了研究,但经历了技术缺陷,影响了任务期间所进行测量的质量。

  长期以来,利用多普勒跟踪的数据就可以确定出太阳系重心,以估算出绕太阳运行的物体的位置和轨迹。JPL天文学家和合著者乔·西蒙(Joe Simon)解释说:“发现的问题是,质量和轨道上的误差将转化为脉冲星定时伪像,看起来很像重力波。”

  泰勒和他的合作者发现,使用现有的太阳系模型来分析NANOGrav数据会产生不一致的结果。JPL天文学家和论文的主要作者Michele Vallisneri指出:“在太阳系模型之间的引力波搜索中,我们没有发现任何重要的东西,但是在计算中我们发现了系统上的巨大差异。”“通常,更多的数据可以提供更精确的结果,但是我们的计算总是存在偏差。”

  该小组决定在搜寻重力波的同时搜索太阳系的重心。研究人员获得了寻找引力波的更可靠的答案,并能够更准确地将太阳系重心定位在100米以内。要了解这种规模,如果太阳正好是足球场的大小,那么100米就是一根发丝的直径。泰勒说:“我们对星系中散布的脉冲星的精确观测比以往任何时候都能够更好地将自己定位在宇宙中。”“通过这种方式找到引力波,除了进行其他实验,我们还获得了宇宙中所有不同种类黑洞的更全面的概览。”

  随着NANOGrav继续收集越来越丰富和精确的脉冲星定时数据,天文学家相信,巨大的黑洞将很快且毫无疑问地出现在数据中。


要找到巨大的黑洞 请先从木星开始