旋轉的中子星揭示了對難以捉摸的連續引力波的新見解
在首次發現引力波的五年之後,一個國際科學家團隊,包括來自ARC引力波發現卓越中心(OzGrav)的科學家,正在繼續尋找新的發現和對宇宙的洞察力。利用美國的超級敏感的千米級LIGO探測器和歐洲的Virgo探測器,該團隊已經見證了黑洞和中子星的爆炸性碰撞。然而,最近的研究一直在尋找完全不同的東西:來自一個單獨的、快速旋轉的中子星的難以捉摸的信號。
把一顆與太陽大小相似的恆星壓縮成一個直徑約20公里的球,大約是墨爾本機場到市中心的距離,你就會得到一顆中子星:已知宇宙中密度最大的物體。現在讓你的中子星以每秒數百轉的速度旋轉,並仔細聆聽。如果你的中子星不是完美的球形,它就會有一些晃動,你會聽到微弱的”嗡嗡”聲。科學家稱這是一種連續的引力波。
到目前為止,這些發出嗡嗡聲的中子星被證明是難以捉摸的。正如來自澳大利亞國立大學的OzGrav博士後研究員卡爾-維特所解釋的那樣。”想像一下,你在澳大利亞的灌木叢中聆聽野生動物的聲音。到目前為止,我們所觀察到的來自黑洞和中子星碰撞的引力波就像鸚鵡的叫聲–響亮而喧鬧,它們很容易被發現!”。
然而,連續的引力波就像一隻遙遠的蜜蜂微弱而持續的嗡嗡聲,這就更難發現了。所以我們必須使用一些不同的策略。有時,我們對準一個特定的方向–例如,蜜蜂可能聚集的花叢。其他時候,我們閉上眼睛,敏銳地傾聽我們能聽到的所有聲音,並試圖挑出背景中的任何嗡嗡聲。到目前為止,我們還沒有遇到任何好運氣,但我們會繼續努力!”。一旦我們真的聽到了連續的引力波,我們將能夠窺視中子星的心臟深處,揭開它的神秘面紗,這是一個令人興奮的前景。”
最近與OzGrav的一項合作研究仔細觀察了爆炸的恆星的殘餘物,稱為超新星。來自墨爾本大學的OzGrav博士生Lucy Strang解釋說。”我們的搜索目標是15個含有年輕中子星的年輕超新星遺跡。使用三種不同的管道:一種是對靈敏度的優化,一種是可以處理快速演變的信號,還有一種是對一種可能的天體物理情況的優化。這是第一個涵蓋所有這三種情況的LIGO研究使我們的連續波探測機會最大化。
國際研究小組–包括美國/國際LIGO科學合作組織、歐洲Virgo合作組織和日本KAGRA合作組織–最近宣布的研究都集中在脈衝星上。號稱宇宙燈塔的中子星,以無線電波的形式發射出大量的能量。脈衝星就像巨大的旋轉磁鐵,只不過它們比粘在你冰箱上的磁鐵強幾十億倍。如此強大的磁場扭曲了中子星的形狀,並可能導致連續引力波的提示音。雖然最近的研究沒有發現任何東西,但他們發現了對”嗡嗡聲”可能有多大的嚴格限制,在某些情況下,這開始挑戰一些理論。
科學家們估計,在銀河系中有數十億顆中子星,發出連續的引力波的微弱雜音。因此,進一步的研究採取了”豎起耳朵”的方法,梳理LIGO和Virgo的數據,尋找任何信號的暗示。迄今為止的結果表明,這些雜音非常安靜,不在探測器的”聽力”範圍內。然而,隨著探測器技術變得更加先進和敏感,有史以來第一次探測到連續的引力波可能很快成為現實。