科學(xué)家的“視聽”盛宴 來自王木頭講科學(xué) 00:00 09:21

這幾天整個科學(xué)界都非常的熱鬧,，因為引力波又出來搞事情了,。這次是發(fā)現(xiàn)了兩顆中子星合并時產(chǎn)生的引力波。人類探測到引力波已經(jīng)不是一次兩次了,，為什么科學(xué)界會因為這次中子星的合并而如此的興奮你,？很簡單，就是因為這次合并的是兩個中子星,。

什么,？黑洞這種神秘天體的合并我們都見識過了，中子星合并好像沒什么大不了吧,，難道其中還有什么特別的奧秘,？

沒錯，的確有奧秘,。你先來想象一下啊,，假如讓你看電視的時候必須做出如下的選擇，1.要么是只看畫面不聽聲音,；2.要么是只聽聲音不看畫面,。你會如何呢？會不會感覺很崩潰,。

以前科學(xué)家們研究宇宙就像是看電視必須二選一,，要么通過光線或者說通過電磁波去觀察，要么通過引力波去觀察,。（關(guān)于電磁波和光是同一種東西的介紹可以看我們前面的文章）甚至在2015年之前,，也就是沒有發(fā)現(xiàn)引力波之前，科學(xué)家們是連這個選擇都沒有,。整個宇宙就像是一臺沒有聲音的電視,，像黑洞、暗物質(zhì)這樣不會讓你看到的東西,，研究起來就特別困難,。

而這一次中子星合并，就像是給了科學(xué)家們一次多感官觀察宇宙的機(jī)會,，這次不僅可以聽得到,，還能看得見。也就是說,，這次不只有引力波,，而且合并事件發(fā)生的同時還是放出了大量的電磁波。以前探測到的黑洞合并可是沒有這個待遇的,，它們合并的時候,，不會釋放出電磁波,。具體原因比較復(fù)雜，你可以簡單理解為產(chǎn)生的電磁波也都會被黑洞吸走,。

2014年和2017年發(fā)生中子星合并的同一位置的對比

而這一次就非常難得的了,。它的難點并不是電磁波的探測，我們?nèi)祟惖母鞣N望遠(yuǎn)鏡和儀器幾乎是全方位監(jiān)測宇宙各個頻段的電磁波變化的,。難點的是引力波探測,。科學(xué)家們曾經(jīng)認(rèn)為,，以現(xiàn)在我們探測引力波的能力,，只能是探測到黑洞合并，對探測到中子星合并是不抱希望的,。因為中子星相對來說太輕了,，可以釋放出的引力波能量太少了，現(xiàn)在的探測器精度可能不夠,。

不過這次真的是運(yùn)氣很好,，因為兩個中子星合并的地方距離我們不是太遠(yuǎn)。大概是1.3億光年,，沒錯是1.3億光年，在銀河系外面的其他星系,。這已經(jīng)是很近的了,。第一次探測到的兩個黑洞合并的引力波距離我們13億光年，是這次的10倍,。順便說一下,，那次兩個黑洞的重量準(zhǔn)確地說是質(zhì)量分別是29倍的太陽質(zhì)量和36倍的太陽質(zhì)量，而這一次的兩個中子星,，一個是1.15倍太陽質(zhì)量另一個是1.6倍,。

知道這些數(shù)據(jù)之后，你應(yīng)該想象這次能探測到中子星合并是多么幸運(yùn)的了吧,。如果你看過其他相關(guān)報道話,，應(yīng)該看可以發(fā)現(xiàn)其中有幾個有趣的地方。一個是兩個中子星合并之后會形成一個千新星,，另一個是引力波要比伽馬暴快2秒鐘率先到達(dá)地球,。伽馬射線是一種強(qiáng)力電磁波，它在天空中忽然出現(xiàn)又忽然消失的現(xiàn)象叫做伽馬暴,。

第一個,，千新星是個什么東西，第二個引力波竟然比電磁波快,，是不是說引力波超過了光速呢,？

先來回答第二個問題吧,。引力波并沒有超過光速，2秒的時間差,，反而更加證明了愛因斯坦的計算是正確的,。他在將近100年前預(yù)言引力波存在的時候就已經(jīng)計算出來了，引力波的速度等于光速,。而這次會出現(xiàn)這個時間差,，是因為合并時，引力波和電磁波并不是同時產(chǎn)生的,。這個過程是這樣的,，兩個中子星在合并之前會是互相旋轉(zhuǎn)，然后越來越近,，越來越快,，在這個過程中就已經(jīng)開始釋放引力波了。只有當(dāng)中子星們靠著特別近,，甚至是碰撞在一起時才會排出大量的物質(zhì),，這些物質(zhì)相互碰撞才會產(chǎn)生電磁波。這個過程科學(xué)家們是有著嚴(yán)格的模型的來描述的,，最后在模型中一算,，和實際情況一樣。這就說明了愛因斯坦是對的,，引力波的確也是以光速傳播的,。

現(xiàn)在再來看第一個問題，千新星是一個什么東西,。這需要先從中子星開始解釋了,。提到中子星，一般都會和白矮星,、黑洞一起提起,。它們都是恒星壽命結(jié)束之后的狀態(tài)。至于恒星最后到底會成為什么樣子,，就要看恒星的質(zhì)量了,。比如我們的太陽，在50多億年之后會變成白矮星,。凡是質(zhì)量在0.4到3.4倍太陽質(zhì)量的恒星,，最后的宿命都是這樣。它們會先是變成紅巨星,，然后把最外層物質(zhì)擴(kuò)散到宇宙空間,，留下來的就是白矮星。

如果一顆恒星的質(zhì)量特別大,，大于5倍太陽質(zhì)量,，那么當(dāng)它們生命結(jié)束時,，就不會靜悄悄的結(jié)束，而是會發(fā)生超新星爆發(fā),。爆發(fā)之后剩下的,，就有可能是中子星，也有可能是黑洞,。至于是變成中子星還是變成黑洞,，還是要看質(zhì)量。如果剩下的這個核心大于1.44倍太陽質(zhì)量,，會變成中子星,，如果質(zhì)量還要大，大于了3.2倍的太陽質(zhì)量,，則會變成黑洞,。

講到這里，你應(yīng)該注意到剛才提到了超新星,，而我們要解釋的千新星,，都是什么什么新星，那它們是不是有著什么聯(lián)系呢,？沒錯,，甚至你可以這樣理解，超新星是超級新星爆發(fā),，而千新星是一千倍的新星爆發(fā),。至于新星是什么，這個概念一開始的意思還是特別寬泛的,。最開始呢，人們看到了在天空某個地方本來沒有星星,，結(jié)果忽然出現(xiàn)了一顆非常亮的星星,，然后就認(rèn)為這里誕生了一顆新的星星，所以叫做新星,。

而現(xiàn)在我們知道了,，這根本不是出現(xiàn)了一顆新的星星，反而是一顆星球生命的結(jié)束,。本來這個地方是有一顆恒星的,，只不過距離我們特別遠(yuǎn)，所以看不見,?？墒钱?dāng)它發(fā)生了巨大的爆炸時，產(chǎn)生的光亮是非常強(qiáng)烈的,，甚至可以照亮整個星系,。這個時候我們就可以從地球上看到了,，不過隨著爆炸結(jié)束之后它還是會暗淡下去的。

后來,，隨著天文學(xué)的發(fā)展,，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這些恒星爆發(fā)的原因，原來是質(zhì)量太大,，自己本身無法承受而產(chǎn)生的爆炸,。并且把這樣的爆炸叫做超新星爆發(fā)。而新星呢,，則拿來特別指一種比超新星爆發(fā)弱一些的爆發(fā)現(xiàn)象,。至于千新星，是指爆發(fā)威力相當(dāng)于千倍的新星級別,，所以這個名字很直接就叫千新星,。

這一次兩個中子星合并的情況，是人類第一次確定發(fā)現(xiàn)的千新星現(xiàn)象,。兩個中子合并之后是2.74倍的太陽質(zhì)量,，這肯定沒有到達(dá)黑洞的質(zhì)量?？墒沁@么大質(zhì)量的中子星又不太可能存在,，所以它很有可能是一顆夸克星。白矮星,，是星球自身在重力壓迫下原子結(jié)構(gòu)無法完整保持,，讓電子擺脫了原子核成為了自由電子；中子星,，比白矮星的重力更大,，電子直接被壓進(jìn)了質(zhì)子成為了中子，整個星球都像是有中子組成的,，所以叫做中子星,；黑洞的重力更大，將所有物質(zhì)壓縮到了一個點,，重力大到了光線也跑不出來,，所以叫做黑洞。

很多科學(xué)家其實都猜想,，中子星和黑洞之間還有一個夸克星,，重力比中子星大，但是還沒有達(dá)到黑洞的程度,，在這樣強(qiáng)大的重力下中子結(jié)構(gòu)也無法保存,，只能是以夸克形式存在，所以叫做夸克星,。

好了,，現(xiàn)在了解這些之后,，再去看這次引力波的相關(guān)報道，就不會是只看熱鬧,，而是可以看出其中的門道來了,。