綿延不絕的連續重力波

作者 | 發布日期 2020 年 09 月 30 日 8:15 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


中子星是宇宙中除了黑洞外最極端的結構,大小約與一座城市差不多,質量卻遠大於整個太陽系。中子星內部也是用來檢視當代物理學極限的最佳系統(黑洞內部已經超出當代物理學的理解),其重力波事件也比黑洞更吸引科學家的注意。

當兩個黑洞合併釋放巨大能量時,所有的電磁輻射都無法逃離黑洞的邊界溢散出來,只會以重力波的形式被我們觀測到。但中子星的合併(或是黑洞與中子星的合併)可以同時以電磁輻射及重力波的現象讓我們看到,更加確定所觀測到的現象。

兩個巨大天體以接近光速互相繞行,最後合併所產生的重力波是最容易被我們觀測到的來源。但只要質量分布隨時間改變(重力四極矩的時變率不為零),就會有重力波產生。完美球體的自轉不會產生重力波,但表面的山谷,或內部質量分布不對稱,都會產生微小的重力波。相較於合併雙星的瞬間重力波,這種重力波被稱為「連續波」,隨天體自轉穩定輻射。

中子星因為強大的重力使它非常接近完美球體(橢球),但其高轉速和高密度使相對於自轉軸的微小不對稱,足以輻射出可觀的重力波。雖然震幅還是遠小於合併雙星產生的重力波,但科學家以理論推測,中子星 J0711–6830 的連續波訊號大小,達到重力波干涉儀 LIGO 和 VIRGO 的儀器閥值之上。

不過科學家並沒有在 LIGO 和 VIRGO 的數據中看到 J0711–6830 的連續波。依照理論,代表中子星 J0711–6830 的分布非常均勻,表面的漲落幅度可能小於人類頭髮的寬度。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為中子星合併示意圖,來源:AAS NOVA