天文学家改进技术能只需10秒钟就能确定双中子星合并产生的引力波

2017年8月17日,美国LIGO激光干涉引力波天文台观测到一种特殊的引力波,并在事件发生后40分钟将信息透露给全球天文界。世界各地的天文台在收到信号后迅速接力观测,希望能捕捉伴随引力波事件发生的电磁波。

这次事件称为GW170817,是目前科学家观测到的少数双中子星合并事件之一。因为仪器灵敏度的限制或是其他自然因素,引力波观测多来自黑洞合并事件,但随着美国LIGO和欧洲Virgo等大型引力波干涉仪不断升级,双中子星合并的观测样本可望增加更多。

GW170817之所以获得许多关注,是因为一般的黑洞合并事件会吞噬几乎所有撞击产生的能量,电磁波、微中子及高能粒子都无法逃离「事件视界」内。而中子星没有事件视界,除了引力波,其他在碰撞前后产生的一系列电磁波、微中子都有机会观测到。

天文学家改进技术能只需10秒钟就能确定双中子星合并产生的引力波

引力波非常微弱,科学家必须做大量的数学处理才能将信号从背景噪音中挑出,以至于GW170817的观测警报迟至40分钟后才发出。为了尽可能让引力波的伴随事件不被遗漏,科学家努力地在减少警报的延迟时间。

藉由双星高速绕旋并靠近的信号,美国宾州大学的Surabhi Sachdev尝试在合并发生之前发现事件。LIGO及Virgo内部本身就有引力波预警的检测管道——GstLAL。Sachdev的团队分析GstLAL的性能,在模拟数据集中,GstLAL能在合并发生前的10到60秒确认许多预警信号。

Sachdev与团队预测,当LIGO和Virgo达到一定灵敏度时,有接近一半的双中子星合并事件至少能在合并前10秒被发现,提供快速的天区定位和观测警报,为大型天文台保留更多捕捉高能电磁波及微中子爆发的机会。如果能以多重管道观察,将帮助科学家了解对中子星的磁场、超铁元素的合成,或许还能一窥快速无线电爆发源之谜。

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