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对话引力波背后的中国面孔:2019将有更多数据—

发布时间:2017-12-03 阅读:

  中国面临对话引力波:2019年将有更多的数据 - 新闻 - 科学网

  这是一个划时代的发现。中科院紫金山天文台南极天文中心首席科学家王力帆激动四溢。

  九天前,全球有70多个天文台共同宣布,人类首次直接探测到两颗中子星合并产生的引力波及其伴随的电磁信号。

  在这个激发全人类的天文学发现中,中国的两台望远镜都参与了观测。一是位于南极圆顶A的月球望远镜AST3-2 AST3-2,这是中国望远镜首次对引力波辐射源进行观测,表明我国的天文学研究已进入国际先进水平。

  日前,“广州日报”记者采访了中国科学院紫金山天文台南极天文中心,南京天文光学技术研究所,向中国科学家解密如何将设备带入战场背后的引力波探测器。

  科学背景

  重力波也被称为时间和空间的涟漪。 1916年,爱因斯坦预言了广义相对论。凶猛的天体会引起周围的时空波动。经过一百年之后,科学家一直在寻找引力波的存在,直到2015年人类第一次探测到引力波,所以三位美国科学家获得了今年的诺贝尔物理学奖。

  2017年8月17日,LIGO(引力波天文台)与VIRGO(欧洲处女座引力波探测器)共同检测了引力波事件GW170817,这是首次由人类首次直接同时检测双中子星引力波从引力波和电磁波引出的天文恒星。

  此前,观测到的四起引力波来自双黑洞合并。观察双中子星并产生引力和电磁波将有助于我们理解核物质的行为。

  中国科学院紫金山天文台南极天文中心主任王力帆在发现引力波事件GW170817时告诉日本哥白尼恒星,开普勒发现椭圆轨道,伽利略发现木星的卫星等重大天文发现。

  像一辆改变人性发现的汽车

  直到中午,忙碌的工作,薄薄的王立帆身体出现在记者面前,他邀请记者前往紫金山天文台外面的一家小餐馆吃午饭。

  给自己一碗简单的牛肉面,记者正在吃黑胡椒牛肉面。就餐空间,天文学家王力凡详细解释了引力波事件的来龙去脉。

  这是一个划时代的发现。我认为这不仅是天文学的一个里程碑事件。几年以后,当人们谈论我们这个时代的科学技术时,不可避免地会提到这个发现,无论是第一位还是第二位。王立凡说。

  我们正处于人类社会科技大爆发的阶段,建设创新型社会是不可避免的。技术驱动正在使人类社会发生深刻的变化。王立帆很高兴中国望远镜探测引力波的社会效应是让更多的普通老百姓越来越关心科学技术的发展。

  1994年,毕业于中科大学,今年是王立凡进入天文学二十三年。说到他那灰白的头发,他笑着说,他和辛勤的工作毫无关系,他的头发早已白了,以前试过染过,现在不想染。

  作为中国第一台观测引力波的望远镜项目负责人,王立凡表示,自从大学毕业后不久就对天文学或毕业生很感兴趣。

  他在科技大学的母校读了一段电台专业,后来读天体物理学。

  20多年前,中国很少做宇宙论,就像霍金来到王立凡的学校做黑洞理论报告一样。

  那时候,王立凡探索的大爆炸理论和星系形成理论还处于萌芽阶段,由于观测不够,许多预测都放在那里,没有得到证实。未经证实的假设,加上当时科技大学卓越的研究环境,最后的好奇与进取激发了他对天文学的研究。

  正如汽车人类生活的改变,王力帆认为,引力波事件GW170817也给天文学家研究宇宙的新工具。

  天文学家应该仔细考虑如何使用望远镜。他说。

  天文淘金如何开始

  像王立凡一样兴奋,紫金山天文台首席科学家吴雪峰。他擅长伽马射线爆发,这是两颗中子星合并时产生的电磁波。

  这一次,在LIGO观测到引力波信号后仅1.7秒,美国费米望远镜就发现了一种称为GRB170817A的短伽玛暴。这是中子星碰撞首次被认定为短伽马射线源,这只是理论上的猜测。这对我的研究非常重要。

  吴学锋说,这个天文发现证实了宇宙中的金,银,稀土等超重元素是如何产生的。

  更重要的是,人类自此又增加了另一种天文观测方法。未来,人类可以使用电磁波,引力波,中微子,宇宙射线等观测手段等天文研究方法。这就开辟了一个多使者天文时代,就像观察一头大象,过去我们只能用眼睛去看,现在我们有了更多的观察手段,可以触摸到可以闻到的东西,这样我们就可以形容大象了更真实准确。

  已知的具有波粒二象性的电磁波,那么传播速度和电磁波就如同快速的引力波就会有引力量子吗?吴学锋向记者解释说,引力波极难监测。它的频率很低,所以它主要以波浪的形式存在于宇宙中。

  2019年会有更多的数据

  南极天文中心的朱振西博士是我国2007年第一个成立南极圆顶望远镜的成员,已经过了十年。我们国家的南极天文测试,从小到大,从零开始。

  谈到AST3-2望远镜的表现,朱振西非常自豪地说,我国现在已经成为南极考察的强国。

  当然,最困难的事情是去南极考察工作。朱振西说,这几年来到南极考察的考察队员,非常感谢国家海洋局极地考察办和中国极地研究中心的支持。南极之行,来回是160天,南极寒冷的缺氧环境是普通人难以忍受的。

  吴学锋和朱振西都向记者透露,由于卫星通信成本高,传输速度慢,AST3-2只返回了少量最基本的数据。预计2019年我国考察队员将到2019年将所有原始数据存入中国的硬盘进行深入研究。

  对话中国科学院紫金山天文台南极天文中心主任王立凡:没有中子星合并没有手机,准备好监测黑洞的碰撞

  广州日报:看到LIGO给你发的消息,你有什么感觉?

  王力帆:非常激动,我不相信有一点启动,怎么能这么快就找到了两颗中子星碰撞产生的重力波的来源。将来,越来越多的类似事件将被人类发现。宇宙中重力波的来源越强烈,双黑洞的碰撞,双中子星的碰撞或黑洞与中子星的碰撞。

  引力波和生命的起源

  广州日报:这个观察最令人兴奋的是什么?重力波与生命起源有关吗?

  王力帆:有很多。公众更感兴趣的是宇宙中引力波本身的检测和元素生产的过程。它的发现证实了爱因斯坦的引力波理论。

  宇宙中的贵金属是怎样来的?目前很多人认为双星中子碰撞是最重要的来源,有的甚至认为是唯一的来源。

  宇宙中氢,氦,氮,氧等元素的起源是众所周知的,我们知道这些物质的比例。宇宙大爆炸产生一些元素,燃烧和产生一些元素的明星,但反应不会产生铁元素将继续,因为元素周期表中铁原子核的组合是最低的,合理的,不可能的宇宙产生更多的重量比铁。

  过去,我们只是从理论上认识到超重元素的产生可能来源于中子星的合并,但是这个时候我们并没有观察到,这次我们已经看到了。这些元素对生活很重要,对现在的生活也很重要。

  例如,我们使用的手机包含黄金和稀土元素。如果宇宙中没有中子星,这些元素就不会产生,人类也不会与手机进行交流。

  西藏将探索原有的引力波

  广州日报:除了检测引力波外,紫金山观测所的悟空天文台也被用来检测宇宙中的暗物质。它的检测方法是什么?

  王力帆:暗物质可以使光线弯曲。悟空是检测暗物质本身的粒子,虽然暗物质基本上不与其他物质相互作用,我们通常不能测量,但暗物质仍然可能有微弱的电磁信号,悟空数字可能仍然是测量的,我们预计黑暗物质应该位于高能区。

  广州日报:一开始你决定让AST3-2南极天空望远镜观察引力波对应的光信号,实际上冒着损坏望远镜的危险,为什么这么坚决?

  王立凡:当时的观察角度超出了正常范围。我问是否愿意观察。我们并不是不同意,所以我们决定尝试一下。经过实验,我们发现AST3-2确实可以找到对应于引力波源的坐标并开始观察。

  广州日报:中国未来将会发展直接监测引力波探测设备吗?

  王力帆:要测试重力波,需要非常精密的设备,非常先进的技术。大爆炸本身产生的引力波,我们称之为主要引力波。我们要在西藏阿里地区建立一个主要的引力波探测器。它实际上检测非常微弱的电磁信号。由于引力波引起电磁信号的某些特征,我们发现这些特征间接证明了原始引力波。

  下一次或中子星碰撞一个黑洞

  广州日报:未来的研究方向是什么?

  王力帆:现在关键的问题是我们如何在未来发现新的引力波源时协调观测。最近,我们小组召开会议,讨论如何处理下一次引力波突发事件,我们的设备中哪些可以用来观察。宇宙中每一个天体的碰撞都不完全一样。这次是两颗中子星之间的碰撞。当中子星下一次碰撞黑洞时,可能会形成更大的黑洞。未来有许多未知的发现。天文学是一门观测科学,其主要目标是发现新的天文现象。

  对于望远镜返回的光谱数据,我们仍然会进一步探索研究,看看中子星的哪些元素碰撞到底。

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