引力天文学?如何检测引力波改变了一切

 这是未来吗?


几周前,来自卡特克的天文学家宣布他们从激光干涉仪重力波观测台或利胶中检测了引力波。

与前两种检测一样,天文学家已经确定,当两个中间质量黑洞彼此撞击时,产生波浪,发送出扭曲的时空的涟漪。

一个黑洞有31.2倍的阳光质量,而另一个有19.4太阳能群众。两者向上旋转,直到它们合并到一个带有48.7太阳块的单个黑洞。如果您进行数学,在黑洞合并时,太阳的质量的两倍被转换为引力波。

2017年1月4日,Ligo检测了两个黑​​洞合并成一个。 COUTHESY CALTECH / MIT / LIGO实验室

这些引力波以光的速度从巨大的碰撞向外行驶,拉伸和压缩时空,就像海啸浪潮,直到它们到达地球,位于大约29亿光年。

这waves swept past each of the two LIGO facilities, located in different parts of the United States, stretching the length of carefully calibrated laser measurements. And from this, researchers were able to detect the direction, distance and strength of the original merger.

说真的,如果这不是你听过的最酷的东西之一,我显然很容易留下深刻的印象。

现在第三次检测已经进行了,我认为说我们正在进入一个全新的引力天文领域是安全的。在未来几十年中,天文学家将使用引力浪潮进入地区,他们以前永远不会看到。

能够感知引力的波浪就像获得全新的意义。这就像眼睛,然后突然能够感知声音。

整个新科学将花几十年来解锁,我们刚刚开始。

随着爱因斯坦预测的,通过空间移动的任何质量都会在时空中产生波纹。当你只是走路时,你实际上是产生微小的涟漪。如果您可以检测到这些涟漪,您可以向后工作,以弄清楚大量的质量使涟漪,移动的方向等。

即使在任何其他方式看不到的地方。让我给你几个例子。

黑洞,显然是低悬挂水果。当它们没有积极喂养时,它们完全看不见,只能通过它们的引力吸引物体或弯曲来自它们后面的物体的光线来检测。

但在引力波中看到,它们就像船舶穿过海洋,留下扭曲的时空背后的涟漪。

通过我们目前的通过Ligo,天文学家只能检测到在光线速度的大部分移动中移动的最大物体。普通的黑洞合并不做诀窍–没有足够的质量。甚至一个超级分类的黑洞合并也无法检测到,因为这些合并似乎发生得太慢。

利加利奥已经显着增加了已知质量的黑洞数量。该观测台明确地检测到两组黑洞并购(亮蓝)。对于每个事件,Ligo在合并之前确定了黑洞的单个质量,以及由合并产生的黑洞的质量。带有虚线边框所示的黑洞代表了一个太弱的Ligo候选事件,无法被判定为检测。信用:Ligo / Caltech / Sonoma状态(Aurore Simonnet)

这就是为什么所有的检测到目前为止都是中间质量黑洞,其中大量我们的太阳质量。当他们产生最强烈的引力波时,我们只能检测到它们的时刻。

如果我们能够提高引力波探测器的灵敏度,我们应该能够点击更少且巨大的黑洞的合并。

但合并不是他们唯一的事情。黑洞诞生的是当星星有更多次的次数,我们的太阳块在自己身上崩溃并爆炸成为超新星。有些星星,我们现在学到了刚刚爆发为黑洞,从未产生过Supernovae,所以这种过程发生了完全隐藏在我们身上。

在黑洞活动的中心有一个奇点,还是有些东西,某种物体小于中子星,但大于无限的小点?当黑洞合并在一起时,我们可以看到超越活动范围,引力波浪,绘制出来的隐形区域,以了解那里发生的事情。

该图示出了两个黑洞的合并和引力波,随着黑洞向彼此螺旋螺旋地向外波纹。实际上,黑洞附近的区域会出现高度翘曲,并且引力波很难直接看到。信用:rigo / t。 PYLE.

我们想知道更少的大量物体,如中子恒星,也可以从超新星爆炸形成。这些中子恒星可以互相轨道,并合并在宇宙中产生一些最强大的爆炸:伽玛射线爆裂。但是中子恒星有表面特征吗?不同的密度?我们可以在合并前的最后一刻中检测到唤醒引力的波浪吗?

而不是一切都需要合并。敏感的重力波检测器可以感测具有大不平衡的二进制物体,如黑洞或中子星绕主要序列星绕。我们可以通过他们的引力波来检测未来的合并。

引力是一种瞬间扭曲的时空扭曲,或者他们在我们可以追溯到宇宙上留下某种永久性凹痕?我们会看到重力波的重力从反射和折射通过宇宙的织物吗?

也许最大的挑战将使用引力波来看看超越宇宙微波背景辐射。这个地区向我们展示了38万年后的大爆炸后,当一切都足够酷,以便光线自由地通过宇宙移动。

但是在那一刻之前有群众。移动,合并将产生引力波的质量。正如我们在上一篇文章中解释的那样,天文学家正在努力 在宇宙微波背景上找到这些引力波的印记,像回声一样,或阴影。也许有一个更深层次的宇宙引力背景辐射,一个会让我们看到正确的时间,只是大爆炸后的时刻。

一如既往,会有惊喜。没有人看到的这个新领域的发现。 “这是有趣的”时刻,将研究人员陷入全新的发现领域,以及宇宙如何运作的新见解。

这激光干涉仪重力波天文台 (LIGO)facility in Livingston, Louisiana. The other facility is located in Hanford, Washington. Image: LIGO
这激光干涉仪重力波天文台 (LIGO) facility in Livingston, Louisiana. The other facility is located in Hanford, Washington. Image: LIGO

这LIGO project was begun back in 1994, and the first iteration operated from 2002 to 2012 without a single gravitational wave detection. It was clear that the facility wasn’t sensitive enough, so researchers went back and made massive improvements.

2008年,他们开始改善该设施,并于2015年,高级Ligo在线上线,更灵敏。随着功能的增加,高级利极在2016年首次发现,现在增加了两个发现。

Ligo目前只能检测到发出引力波的天空的一般半球。因此,利波的下一步改善将是在印度添加另一个设施,称为靛蓝。除了提高Ligo的敏感性之外,这将为天文学家提供每个事件的三个​​观察,精确地检测引力波的起源。然后,视觉天文学家可以进行跟进观察,将事件映射到其他波长中的任何内容。

目前全球网络的运营设施包括双利焦探测器 - 在汉福德,华盛顿州和Livingston,路易斯安那州和德国的地理600。在意大利的处女座检测器和日本的Kamioka引力波检测器(KAGRA)正在进行升级,预计分别在2016年和2018年开始运营。在印度正在计划第六个天文台。在全球范围内拥有更多的引力浪潮观察者,有助于科学家们将来自空间的地点和引力波的源放在下面。 2016年2月制作的图像。信用:CALTECH / MIT / LIGO实验室

一个被称为处女座的欧洲实验也经营了几年,同意与利加团队合作,如果进行任何检测。到目前为止,Virgo实验还没有找到任何东西,但它正在升级10倍的灵敏度,这应该在2018年之前完全运作。

一种名为Kamioka引力波检测器的日本实验,或Kagra,2018年将在线上网,并且能够为观察做出贡献。它应该能够检测二进制中子星并偏离近10亿光年。

就在视觉天文学中,有一套下一代叠加波望远镜在作品中,应该在未来几十年内上网。

这Europeans are building the Einstein Telescope, which will have detection arms 10 km long, compared to 4 km for LIGO. That’s like, 6 more km.

有欧洲航天局的基于空间的激光干涉仪空间天线,或者可以在2030年推出。这将由3船队组成3艘航天器,将彼此保持250万公里的精确距离。将其与基于地球的检测距离进行比较,您可以看到为什么未来的观察结果将来自太空。

这Laser Interferometer Space Antenna (LISA) consists of three spacecraft orbiting the sun in a triangular configuration. Credit: NASA

最后的想法,返回到一开始的时间可能是大爆炸观察团的可能性,这将有一段12个航天器飞行的形成。这仍然是提案阶段,所以如果他们实际飞行,那么没有具体的日期。

引力波天文学是最令人兴奋的天文领域之一。这一完全新的感觉是在完全新的方向上推出我们对宇宙的理解,让我们看看我们以前永远不会想象的地区。我迫不及待地想看到接下来会发生什么。

什么 Happens When Black Holes Collide?

这sign of a truly great scientific theory is by the outcomes it predicts when you run experiments or perform observations. And one of the greatest theories ever proposed was the concept of Relativity, described by Albert Einstein in the beginning of the 20th century.

除了帮助我们明白光线是宇宙的最终限速之外,爱因斯坦将重力本身描述为时空的翘曲。

他不仅仅是为宇宙提供一堆精心制作的新解释,他提出了一系列的测试,可以做出他的理论是否正确。

例如,一次测试完全解释了为什么水星的轨道与牛顿的预测不符。可以用当天的科学仪器测试其他预测,例如测量快速移动时钟的时间扩张。

由于重力实际上是时空的扭曲,因此爱因斯坦预测,通过时空移动的巨大物体应该产生波纹,就像穿过海洋的波浪一样。

这more massive the object, the more it distorts spacetime. Credit: LIGO/T. Pyle
这more massive the object, the more it distorts spacetime. Credit: LIGO/T. Pyle

只需四处走动,您就会留下一种重力的波浪,压缩和扩展您周围的空间。然而,这些波是令人难以置信的微小。只有整个宇宙中最精力充沛的事件只能产生我们可以检测到的波浪。

超过100年才能终于被证明是真的,直接检测引力波。 2016年2月,与激光干涉仪的物理学家重力波天文台或利戈宣布了两个大量黑洞的碰撞超过10亿光年。

任何大小的黑洞都可以碰撞。普通的旧恒星块状黑洞或超大自主黑洞。同样的过程,只是在完全不同的范围内。

碰撞黑洞。信用:rigo / a。 Simonnet.
碰撞黑洞。信用:rigo / a。 Simonnet.

让我们从恒星大量黑洞开始。当然,当一个明星有很多次的明星,我们太阳的大量死于超新星时。就像普通星星一样,这些大规模的恒星可以在二元系统中。

想象一对二元恒星形式的恒星星云。但与阳光不同,这些都是怪物,怪物有很多阳光的巨型,从千万倍的能量上占有多次。这两颗星将逐渐达到几百百万年的轨道,然后一个人会作为超新星引爆。现在你将拥有一个巨大的明星,绕着黑洞。然后第二星爆炸,现在你有两个黑洞彼此绕着轨道。

当黑洞彼此绕过时,它们辐射引起引起轨道衰减的引力波。这实际上是弯曲的一种态度。黑洞将它们的势头转化为引力波。

随着它们的角度减少,它们向内螺旋,直到它们实际碰撞。已知宇宙中最精力充沛的爆炸是什么是完全黑暗和沉默的,因为没有什么可以逃脱黑洞。没有辐射,没有光,没有颗粒,没有尖叫,没有。如果你一起用两个黑洞捣碎,你就可以获得更加巨大的黑洞。

这gravitational waves ripple out from this momentous collision like waves through the ocean, and it’s detectable across more than a billion light-years.

Ligo Livingston的咏叹调。 (图片信用:利加科学合作)。
Ligo Livingston的咏叹调。信贷:利加科学合作

这正是今年早些时候发生的事情,并从利戈公布了。这种敏感仪器检测到当两个带有30个太阳能群体的黑洞时产生的引力波,距离约13亿光年。

这也不是一次性事件,他们检测到与另外两个恒星大量黑洞的另一个碰撞。

常规恒星块状黑洞不是唯一可以碰撞的黑洞。超大自主黑洞也可以碰撞。

从我们可以说的那样,在宇宙中的每个星系中都有一个超级分类的黑洞。银河系中的一个是阳光质量的410万倍,仙女座心脏的历史上的一个被认为是太阳质量的110〜230万倍。

在几十亿年内,银河系和安德罗姆德将碰撞,并开始合并在一起的过程。除非银河系的黑洞被踢到深空,否则两个黑洞将彼此结束。

就在恒星块状黑洞中,它们将以引力波的形式辐射出角度,螺旋更近且更靠近在一起。有些时候,在遥远的未来,两个黑洞将合并到更超凡的黑洞中。

Milkdromeda看法从地球的"shortly"合并后,距离现在的信贷约为3.85-39亿年:NASA,ESA,Z.Levay和R. Van der Marel(Stsci),T. Hallas和A. Mellinger
Milkdromeda看法从地球的“shortly”合并后,距离现在约3.85-39亿年。信用:美国宇航局,esa,z. levay和r.van der marel(stsci),t. hallas和a. mellinger

这Milky Way and Andromeda will merge into Milkdromeda, and over the future billions of years, will continue to gather up new galaxies, extract their black holes and mashing them into the collective.

黑洞绝对碰撞。爱因斯坦预测了引力波,这将产生,现在Ligo首次观察到它们。随着更好的工具开发,我们应该了解更多和更多关于这些极端事件的信息。

这2016 Nobel Prize In Physics: It’s Complicated

更新:今年 ’s 诺贝尔物理学奖 已被授予David J. Thouless(华盛顿大学),F.Duncan M. Haldane(普林斯顿大学),以及布朗大学J. Michael Kosterlitz“物质拓扑阶段转变的理论发现和物质拓扑阶段”。奖项的一半被授予,而另一半是与哈尔达坦和Kosterlitz共同授予的。

这Nobel Prize in physics is a coveted award. Every year, the prize is bestowed upon the individual who is deemed to have made the greatest contribution to the field of physics during the preceding year. And this year, the groundbreaking discovery of gravitational waves is anticipated to be the main focus.

这个发现,被宣布了 2016年2月11日 ,由于发展的发展,是可能的 激光干涉仪重力波天文台 (Ligo)。因此,预计最负责该技术的三位科学家将获得诺贝尔奖。然而,有人在科学界中觉得另一个科学家– Barry Barish –也应该被认可。

但首先,需要一些背景来帮助将这一切放在视角。对于眩晕,引力波是由四种重力相互作用产生的时空曲率的波纹,并且在光速下传播。自19世纪末以来,这种波的存在已经发布。

利奥's two facilities, located in . Credit: ligo.caltech.edu
利奥’S两个观察者,位于Louisiana的Livingston;和华盛顿汉福德。信用:ligo.craltech.edu

但是,直到20世纪末,谢谢大部分地到爱因斯坦和他的理论 一般相对论 ,这场引力研究开始作为天文学的分支。自20世纪60年代以来,已经建造了各种引力波检测器,其包括Ligo天文台。

Ligo于1984年被国家科学委员会(NSF)正式批准的Ligo成立。十年后,建设始于设施’s two locations –路易斯安那州汉福德,华盛顿和利文斯顿。到2002年,它开始获取数据,并开始在2008年改善其原始探测器(称为高级Ligo项目)。

这credit for the creation of LIGO goes to three scientists, which includes Rainer Weiss, a professor of physics emeritus at the Massachusetts Institute of Technology (MIT); Ronald Drever, an experimental physics who was professor emeritus at the California Institute of Technology and a professor at Glasgow University; and Kip Thorne, the Feynman Professor of Theoretical Physics at Caltech.

1967年和68年,Weiss和Thorne启动了构建原型探测器的努力,并产生了证明可以成功分析引力波的理论工作。到了20世纪70年代,使用不同的方法,Weiss和Denver都成功地建造了探测器。在未来几年内,所有三个男性都仍然是关键和有影响力的,有助于使引力天文成为一个合法的研究领域。

 鸟瞰Ligo Hanford的激光和真空设备区域(LVEA)。 LVEA容纳预稳定的激光,分束器,输入测试质量和其他设备。信用:ligo.craltech.edu
Ligo Hanford. ’S激光器和真空设备区域(LVEA),它容纳预稳定的激光,分束器,输入测试质量和其他设备。信用:ligo.craltech.edu

但是,有人认为没有吵闹–CALTECH的粒子物理学家–发现永远不会制作。成为1994年的利波的主要调查人员,他在一个非常关键的时间内继承了这个项目。它开始资助了十年的十年,但协调Wies,Thorne和Rever(分别来自麻省理工学院,Caltech和Glasgow大学)的工作证明很难。

因此,决定需要一个董事。 1987年至1994年间,Rochus Vogt–卡特赫州物理学教授 –被NSF任命来填补这个角色。虽然Vogt将最初的团队带到一起并帮助获得了批准的项目建设,但在处理官僚机构并记录他的研究人员进展时,他证明很难。

因此,在1989年至1994年间,利奥奥未能在技术上和组织上进步,并且也有难以获取资金。到1994年,CALTECH放弃了他的立场,并被任命为董事的职位。 Barish必须迅速工作,对Ligo的管理方式进行重大变化,扩大研究团队,并为NSF制定详细的工作计划。

Barish还负责扩展超出其CALTECH和麻省理工学院的限制。他通过创造独立的 利奥 Scientific Collaboration (LSC),从而获得外部研究人员和机构。这是创造关键伙伴关系的有限性,其中包括 英国科技设施委员会 , 这 最大普朗克社会 德国,和 澳大利亚研究理事会.

艺术家 's impression of how massive bodies (like our Sun) distort space time. Credit: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab
艺术家 ’对巨大的身体(如我们的太阳)扭曲空间时间的印象。当它们加速空间和时间时,这种体也会产生重力波。信用:T. Pyle / Caltech / MIT / LIGO LAB

到1999年,建筑在利辅观察者身上包裹着,到2002年,他们开始采取他们的第一批数据。到2004年,筹集资金和基础是为下一阶段的利加发展,这涉及多年的关闭,而探测器被改进“Advanced LIGO” versions.

所有这些都是通过Barish的,在2005年退休的是寻找其他项目。由于他建立的LSC计划开始,利奥戈开始生产数据,开始生产数据,采购资金,至关重要的合作伙伴关系,凭借他建立的LSC计划,开始生产数据,采购资金,至关重要的伙伴关系,现在拥有1000多个合作者。

一点奇迹那么为什么一些科学家认为诺贝尔奖应该分裂四种方式,授予构思利加罗和一个科学家所发生的三位科学家。和他人一样闻名地称之为 科学 :

“我觉得如果我没有这样做,那么Ligo不会在这里,所以我不认为我不值得。如果他们等待一年并把它交给这三个家伙,至少我会觉得他们想到了这一点,“他说。 “如果他们在10月份决定[将其交给他们],我会​​有更糟糕的感情,因为他们不会做作业。”

这approximate locations of the two gravitational-wave events detected so far by LIGO are shown on this sky map of the southern hemisphere. . Credit: LIGO/Axel Mellinger
这approximate locations of the two gravitational-wave events detected so far by LIGO are shown on this sky map of the southern hemisphere. . Credit: LIGO/Axel Mellinger

但是,有充分的理由相信奖项最终将分裂三种方式,留下了热烈的。例如,韦斯,博瑞德和索恩已经在今年获得了三次,因为他们在利戈的工作。这包括 基本物理学的特殊突破性奖 , 这 Gruber宇宙学奖 , 和 kavli奖励天体物理学.

什么’在过去,过去,诺贝尔物理学奖倾向于授予那些负责智力贡献的人,从而达到重大突破,而不是那些腿部工作的人。在过去的六个奖项中(2010年至2015年间),已经颁发了五名实验方法,观察研究和理论发现的发展。

只有一项奖项才能提供技术开发。这是 案件于2014年 该奖项是共同给予Isamu Akasaki,Hiroshi Amano和Shuji Nakamura的“高效的蓝色发光二极管的发明,其具有明亮节能的白光源”.

基本上,诺贝尔奖是一个复杂的事情。每年,它被授予那些对科学做出相当大贡献的人,或者负责重大突破。但贡献和突破可能有点相对。我们选择尊重谁,也可以被视为科学界最受价值的指示。

到底,今年’S奖励可能有助于突出贡献的重大贡献不仅仅是有关开发新的想法和方法,还可以将它们带到成果。

进一步阅读: 科学 , 利奥, nobelprize.org.

利加戈发现的第二引力波源

闪电袭击了两次 - 也许三次 - 来自激光干涉仪的重力波天文台或利戈的科学家,希望这只是了解我们宇宙的新时代的开头。这种“闪电”以难以捉摸的难以检测的引力波的形式来,由巨大的事件产生,例如一对黑洞碰撞。从这种事件中释放的能量会使空间和时间的结构扰乱,就像池塘中的涟漪一样。今天的历史悠久的第一次检测宣布,Ligo宣布的第二组宣布是第二组由利加歌检测到今年2月的第一次检测。

“这一碰撞发生了15亿年前,”路易斯安那州立大学加布里埃拉·冈萨雷斯在新闻发布会上宣布了新的检测,“我们可以告诉你引力的波浪天文学的时代已经开始。”

Ligo首次检测来自合并黑洞的引力波2015年9月14日,它确认了Albert Einstein的1915年一般的相对论理论。第二次检测发生在2015年12月25日,并被双Ligo探测器记录。

虽然由剧烈的黑洞合并释放的引力波的首次检测只是一点点“啁啾”,但是只有一秒钟的五分之一,第二种检测更像是一个完整的第二秒钟可见的“呐喊”数据。听这个视频:

“这是我们称之为重力的音乐,”González在今天的新闻发布会上播放了视频。

虽然引力波不是声波,但研究人员将重力波的振荡和频率转换为具有相同频率的声波。为什么这两个事件如此不同?

从数据来看,研究人员得出结论,第二组引力在两个黑洞的合并的最后时刻产生的,这是太阳质量的14和8倍,并且碰撞产生了一个更巨大的纺纱黑洞太阳质量的21倍。相比之下,2015年9月检测到的黑洞是太阳质量的36和29倍,并合并到62个太阳能群众的黑洞中。

这scientists said the higher-frequency gravitational waves from the lower-mass black holes hit the LIGO detectors’ “sweet spot” of sensitivity.

“这非常重要的是,这些黑洞比在第一次检测中观察到的那些,”Gonzalez说。 “由于其较浅的质量与第一次检测相比,它们在探测器的敏感带中花费了更多的时间 - 约一秒。这是一个有希望的开始,可以在我们宇宙中映射黑洞的群体。“

Ligo Hanford的鸟瞰图。 (贷方:Gary White / Mark Coles / California Technology of Technology / Ligo / NSF)。
Ligo Hanford的鸟瞰图。 (贷方:Gary White / Mark Coles / California Technology of Technology / Ligo / NSF)。

利奥允许科学家以一种新的方式研究宇宙,使用重力而不是光。 Ligo使用激光器精确地测量镜子彼此分开的镜子的位置,在4公里,大约2.5英里,位于Livingston,路易斯安那州和华盛顿汉福德的两个地点超过3000公里。因此,Ligo直接检测到黑洞碰撞事件,它检测空间本身的拉伸和压缩。到目前为止的检测是Ligo能够测量空间扰动的能力,精度为千亿亿千亿。来自最新事件的信号,名为GW151226,由转换为能量的物质产生,这实际上像Jello一样震动了空间。

Ligo团队成员Fulvio Ricci,罗马大学La Sapienzaa的物理学家表示,在10月份有第三次“候选人”检测,其中Ricci表示,他更喜欢称之为“触发”,但它不太重要,而且信号到噪声不足以正式计数作为检测。

但是,团队仍然说,这两个确认的检测到宇宙中的黑洞比以前相信更常见,而且它们可能经常成对出现。

“第二个发现”真正为Ligo的天文台奠定了“O”,“CALTECH的Ligo实验室副主任Albert Lazzarini说。 “在我们第一次观察运行的四个月内检测两个强大的事件,我们可以开始预测我们未来我们可能听到引力的频率。 Ligo为我们带来了一种新的方式来观察我们宇宙中最黑暗但最精力充沛的事件。“

Ligo现在是脱机的改进。它的下一个数据运行将开始这一秋季,与第一次运行相比,探测器灵敏度的改善可能允许Ligo到达宇宙数量的更多1.5到两倍。第三个站点,意大利比萨附近的处女座探测器,具有类似于双利焦探测器的设计,预计将在Ligo即将到来的观察运行的后半部分期间上网。 Virgo将通过比较传入引力波信号的到达时间来提高物理学家定位每个新事件来源的能力。

与此同时,您可以帮助利加利夫团队 引力间谍公民科学通过zooniverse。

进一步阅读的来源:
新闻稿:
马里兰大学
西北大学
西弗吉尼亚大学
宾夕法尼亚州立大学
物理评论信: GW151226:从22太阳质量二进制黑洞聚结观察引力波
利奥 facts page, Caltech

为了出色的引力波,他们的来源和他们的检测,检查马库斯可能’我们在2月份在UT上展示了一系列文章:

引力波和它们是如何扭曲空间

引力波探测器及其工作方式

引力光源:宇宙中最暴力的事件

新的‘Einstein Ring’被暗能照相机发现

这"加拿大人爱因斯坦戒指。"绿蓝环是源银河系,中间的红色是镜片星系。镜片星系具有如此强大的重力,使得它将光从源星系扭曲到环中。因为两个星系是对齐的,所以源星系几乎看起来几乎是圆形的。图片:这种复合图像由在智利的Cerro Toloolo天文台的Blanco 4M望远镜上用墨坯相机拍摄的几张图像组成。

在西班牙Instuto deAstrofísicade Canarias(IAC)的恒星人群团队中,一支团队发现了一个罕见的对象。爱因斯坦环是一种特定的重力透镜。

爱因斯坦’■一般相对论理论预测重力透镜现象。引力透镜告诉我们,而不是沿直线行进,来自源的光可以由巨大的物体弯曲,如黑洞或星系,它本身弯曲空间时间。

爱因斯坦’s 一般相对论 发表于1915年,但在1912年之前几年,爱因斯坦预测了光的弯曲。俄罗斯物理学家口腔爱护横却是1924年第一个提到科学文学中的振铃效应,这就是为什么戒指也被称为爱因斯坦 - 克沃尔森戒指。

引力透镜是相当众所周知的,并且已经观察到许多引力镜片。爱因斯坦戒指稀有,因为观察者,源头和镜头都必须对齐。爱因斯坦自己认为永远不会被观察到。“当然,没有希望直接观察这种现象,”爱因斯坦于1936年写道。

这team behind the recent discovery was led by PhD student Margherita Bettinelli at the University of La Laguna, and Antonio Aparicio and Sebastian Hidalgo of the Stellar Populations group at the Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) in Spain. Because of the rarity of these objects, and the strong scientific interest in them, this one was given a name: The 加拿大人爱因斯坦戒指。

爱因斯坦戒指有三个组件。首先是观察者,在这种情况下,这意味着在地球上伸缩。第二种是镜片星系,具有巨大的Galaxy具有巨大的重力。这种重力扭曲了空间时间,使其不仅绘制它,而且光本身被迫沿着弯曲路径行进。镜头位于地球和第三个组分之间,源星系。来自源星系的光通过透镜星系的功率弯曲成环形形式。

当所有三个部件都精确对齐时,这非常罕见,来自源星系的光线形成为中心的圆形银河系。圆圈赢了’是完美的;它将具有反映镜片星系的重力的不规则性。

另一个爱因斯坦戒指。这个名为lrg 3-757。这一点是由斯隆数字天空调查发现的,但这种形象被哈勃捕获'S宽野相机3.图片:NASA / HUBBLE / ESA
另一个爱因斯坦戒指。这个名为lrg 3-757。这一点是由斯隆数字天空调查发现的,但这种形象被哈勃捕获’S宽野相机3.图片:NASA / HUBBLE / ESA

这objects are more than just pretty artifacts of nature. They can tell scientists things about the nature of the lens galaxy. Antonio Aparicio, one of the IAC astrophysicists involved in the research said, “研究这些现象给我们特别有关源星系的组成的相关信息,以及镜片星系中的引力场和暗物质的结构。”

看着这些物体也就像回顾一下。源银河系从地球源于100亿光。宇宙的扩张意味着光线已经占用了85亿光年来联系我们。那’为什么环是蓝色的;很久前,源银河很年轻,充满了热的蓝色星星。

这lens itself is much closer to us, but still very distant. It’S的60亿光年。星系中的明星形成可能会停止停止,它的恒星人口现在已经老了。

这discovery of the Canarias Einstein Ring was a happy accident. Bettinelli was pouring over data from what’被称为4M Blanco望远镜的暗能照相机(焊接) Cerro ToloLo天文台,在智利。她正在研究恒星人口 雕塑家矮星银河 当爱因斯坦戒指引起她的注意时,为她的博士学位。然后,恒星人口组的其他成员将在Gran Telescopio Canarias(GTC)上使用Osiris光谱仪观察和分析它进一步。

什么 Shape is the Universe?

It’是一个合理的问题,不知道宇宙的形状是什么。是一个球体吗?圆环?它是打开还是关闭或平坦?这一切意味着什么?

这Universe. It’s the only home we’vers vere。由于其内在的物理法律,所知的自然常数,以及被称为超新星的重金属喷射的火球我们是小小的生物,在空间和时间的遥远的角落中旋转摇滚球。

没有 ’这似乎有点粗鲁不是对宇宙本身了解的事情?例如,如果我们可以从外面看它,我们会看到什么?一个巨大的黑色?泡沫的海洋?雪球?老鼠迷宫?大理石在较大的外星人或其他一些Prog Rock专辑封面?

事实证明,答案既比所有这些选项都更简单,令人烦恼。宇宙看起来像是一个问题,我们喜欢猜测物种并弥补各种废话。

印度教文本描述了宇宙作为宇宙蛋,耆那吉相信它是人形的。希腊斯文学将宇宙视为一个漂浮在别的无限空隙中的一个岛屿,而亚里士多德认为它是由一系列有限的同心领域组成,或者也许只是“一路乌龟顺其自然”。

由于爱因斯坦的数学天才,宇宙学家实际上可以测试各种模型的有效性,这些模型描述了宇宙的形状,龟,迷宫和否则。

科学家认为有三种主要的口味:正弯曲,弯曲和平坦。我们知道它存在于至少四个方面,因此我们即将描述的任何形状都是在Lovecraftian疯狂几何上接壤,因此冒出了疯狂的算盘。雅!雅! cthulhu ftagen。

积极弯曲的宇宙看起来有点像四维球体。这种类型的宇宙将在空间中有限,但没有可辨别的边缘。事实上,在两条直线中行驶的两个远距离粒子实际上将在最终开始之前相交。

你可以在家里试试这个。抓住气球并用尖锐的直线画一条直线。你的线最终符合其起点。在气球的另一侧开始的第二行会做同样的事情,并且它将在再次会面之前越过你的第一行。

这种宇宙,方便地易于想象三维–只会出现宇宙是否包含一定,大量能量。

要积极弯曲或关闭,宇宙首先必须停止扩展–只有在宇宙容纳足够的能量以引导前缘的东西时才会发生的东西。目前的宇宙学观察表明宇宙应该永远扩大。因此,现在,我们正在折腾易于想象的情景。

一个负弯曲的宇宙看起来像一个四维马鞍。在空间或时间内没有边界。它会含有太少的能量来停止扩张。

这两颗颗粒在直线上行驶永远不会见面。事实上,他们会持续分歧,越来越远,彼此越来越远,因为无限的时间螺旋上。

如果发现宇宙含有特定金发姑娘,临界能量,危险在极端之间,其膨胀将在无限的时间后停止,

这种类型的宇宙被称为扁平宇宙。平坦宇宙中的颗粒在并行直线路上继续以其快速的方式,永远不会满足,但也从未偏离。

球体,马鞍,平面。那些很容易到图片。还有其他选择–像足球,甜甜圈或小号。

一个足球看起来像一个球形宇宙,但一个具有非常特别的签名–一种印迹在宇宙微波背景上印迹的一种镜子。

这doughnut is technically a flat Universe, but one that is connected in multiple places. Some scientists believe that large warm and cool spots in the CMB could actually be evidence for this kind of tasty topology.

最后,我们来小号。这是可视化呈呈弯曲宇宙的另一种方法:就像卷曲成长管的马鞍一样,一个非常漂流的端部和一个非常窄的端部。狭窄的某人会发现他们的宇宙如此狭窄,它只有两个维度。与此同时,散发末端的其他人只能在他们发现自己莫名其妙地转过身来之前旅行。

那是什么?我们的宇宙是橙色还是百吉饼?它是腌鱼吗?奶酪切片?黄铜还是木风?科学家们尚未排除古怪,呈曲线的建议,例如马鞍或小号。

宇宙微波背景的WMAP数据。信用:美国宇航局
宇宙微波背景的WMAP数据。信用:美国宇航局

仇恨者将争辩说,我们永远不会知道我们宇宙的真实形状。那些人不乐趣,只是阻碍者。说真的,让我们帮助你得到更好的朋友。

根据2015年2月发布的最新普朗克数据,我们的宇宙很可能......平坦。无限有限,不弯曲甚至有点,具有精确,临界能量,由暗物质和黑暗能量提供。

我知道这有点令人困惑,蜿蜒直到午睡时间的边界,但这是我希望你能带走这一切。

令人惊讶的是,我们不仅可以猜测我们令人难以置信的宇宙的样子,而且还有聪明的人不知疲倦地工作,以帮助我们解决这个问题。这是一个让我最开心的事情的一件事,每个星期都有关于空间和天文学。我迫不及待地想看看下一个内容。

所以你怎么看?是一个扁平的宇宙太无聊了吗?鉴于各种选项,您希望宇宙能够是什么形状?

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我们如何知道黑暗能量存在?

我们不知道它是什么黑暗的能量,那么我们如何确定它存在?

I’谈到了天文学家如何知道暗物质存在。即使他们看不到它,它们也通过其重力在光线上的影响来检测它。暗物质占宇宙的27%,暗能占宇宙的68%。而且,天文学家真的不知道它是什么,只有他们很确定它确实存在。 95%的宇宙性质是一个完整和完全的谜。我们不知道这个东西是什么。

所以这段时间,让我们专注于暗能。回到90年代后期,天文学家希望计算一次,如果宇宙打开或关闭,就可以计算一次。换句话说,他们现在想要计算宇宙的扩展速度,然后将此速度与其在过去的扩展进行比较。为了回答这个问题,他们搜查了Skies以获得一种特殊类型的超新星,称为1A。

虽然大多数超新星只是巨大的恒星,但1A型是存在于二元系统中的白矮星。它的二元伴侣的白色矮人虹吸物质,而当它达到阳光质量的1.6倍时,它会爆炸。诀窍是这些总是用大致相同的能量爆炸。因此,如果测量1A型超新加坡的亮度,你大致了解它是多远的。

天文学家假设扩张正在减速。但问题是,它减速有多快?暂停和甚至相反的方向会慢吗?那么,他们发现了什么?

在ISAAC Asimov的不朽词语中,“听到科学中最令人兴奋的短语,将新发现的那个是”尤里卡“,但”这是有趣的“,而不是发现宇宙的扩张正在放缓,他们发现它正在加速。这就像试图计算苹果从树上落下的速度,发现它们实际上飞向天空,更快,更快。

由于这种惊人,诺贝尔奖获奖发现,天文学家使用了其他几种方法来验证宇宙的这种思维弯曲的现实。美国宇航局的Wilkinson微波各向异性探测器研究了宇宙的宇宙微波背景辐射7年,并将宇宙的72.8%的暗能量放在宇宙中。 ESA的Planck SpaceCraft在宇宙的68.3%的68.3%上进行了更仔细的分析和挂钩。

爱因斯坦 Lecturing
爱因斯坦 Lecturing. (Ferdinand Schmutzer, Public Domain)

天文学家知道黑暗能量存在。有多条证据。但与暗物质一样,他们绝对没有线索它是什么。爱因斯坦描述了他称之为宇宙常数的想法。这是解释一个真正应该扩大或承包的静态宇宙的方法。一旦天文学家弄清楚宇宙实际上正在扩大,他就会扔掉这个想法。

嘿,没有那么快,“爱因斯坦”。也许只是空间本身的一个特征是它推动了东西。还有更多的空间,你得到的越大。也许来自空间真空中的虚拟粒子突出和摆脱出现。

另一种可能性是一种称为Quintessence的现象,一种越野的负能源领域,遍布整个宇宙。是的,这听起来完全是求爱,谢谢宇宙,Deepak Chopra疯狂的谈话,但它可能解释了构成大多数宇宙的令人厌恶的力量。还有其他理论,甚至更具异国情调。但大多可能是物理学家甚至没有想到的事情。

那么,我们如何知道黑暗能量存在?如果宇宙的扩张放慢速度,遥远的超级彼此会远离彼此。没有人知道它是什么,这是一个谜,一个神秘面纱没有错。事实上,对我来说,它是太空和天文学中最令人兴奋的想法之一。

什么 do you think dark energy is?