引力波发现的这五年引力波的发现( 二 ) _发现

利用引力波测量致密天体的自旋可以提供一些有趣的信息，虽然不如质量测量准确。简单来说，致密双星是由孤立的大质量双星演化而来的。两个天体的自旋垂直于双星的轨道平面(也称“自旋排列”)；而在致密星团中动态演化形成的致密双星中，两个天体的自旋方向可能是完全随机的。
分析Virgo处女座的双黑洞自旋测量后可以发现，并不是所有的黑洞都与双星轨道对齐，甚至有些黑洞可能与轨道相反。这说明很可能是某些双黑洞是由动态演化形成的。
多信使天文学的诞生
与黑洞合并相比，双中子星合并和中子星-黑洞合并有一个更显著的特点:它们可能同时发出引力波、电磁波甚至中微子。2017年8月17日发现的首个中子星并合， GW170817 ，几乎满足了天文学家对“多信使天文学”的所有期待。
两颗中子星并合后1.7秒，发现了一个与引力波源同方向的伽马射线爆发。LIGO和室女座引力波探测器的观测将信号源的方向锁定在31平方度天空空的范围内，距离地球约1.3亿光年。引力波和伽马射线的相关探测引起了地球上和[/k0/]几乎所有天文观测装置的兴趣。中子星合并11个小时后，光学望远镜首次在NGC 4993星系方向发现异常亮光。随后，天文学家在紫外线、红外线、X射线和无线电波段观测到了相应的电磁信号。这是继GW150914之后又一个划时代的发现。自从发现发表以来，平均每天都有三篇以上的论文在研究它！
图3 。通过引力波和伽马射线对GW170817进行天体空定位，并发现光学对应物(来源:B.P. Abbott等人2017 ， APJL ， 848 ， L12)
两颗中子星合并的引力波信号包含了中子星潮汐形变的信息。不幸的是，这些信息出现在一个相对较高的频率，即两颗恒星在轨道附近运行并合并时的相位，频率高于几百赫兹。在这个频段， Virgo处女座探测器的灵敏度已经明显下降。所以目前的引力波探测很难通过潮汐形变区分中子星和黑洞(注:理论上黑洞没有潮汐形变) 。从GW170817的引力波观测可以知道，两个合并天体的质量约为太阳的1.4倍，在典型的中子星质量范围内。当然，从电磁波波段的观测来看，有理由相信GW170817是两颗中子星合并的结果。据此，引力波分析表明GW170817两颗中子星的半径约为12公里。
GW190425是LIGO和处女座发现的第二个中子星合并事件。不幸的是，当时只有一个探测器捕捉到了这个信号。尽管做了很多努力，天文学家仍未找到GW190425的电磁对应体。考虑到距离越远(5亿光年) ，天空空(8000平方度)的定位精度越差，这个结果可能并不奇怪。
【引力波发现的这五年引力波的发现】但是GW190425还是受到了极大的关注，因为引力波测得的中子星质量有点出乎意料。脉冲星观测已知的GW170817中的双中子星系统和银河系的总质量不到太阳质量的2.9倍，而GW190425中的两颗中子星的总质量是太阳质量的3.3倍！
引力波宇宙学和检验广义相对论
测量宇宙加速膨胀的速度(即哈勃常数)是当前宇宙学中的一个基本问题，需要同时测量天体的距离和红移(即天体的退行速度) 。与电磁观测依靠“距离阶梯”不同，引力波可以直接测量双星合并事件的距离。GW170817的多信使观测显示了引力波宇宙学的潜力:引力波的距离测量结合其宿主星系NGC4993的红移测量限制了哈勃常数。当然，仅靠GW170817的观测还远远不足以解决所谓的“哈勃之谜”——不同的哈勃常数是通过type ——Ia超新星和宇宙微波背景辐射来测量的。随着未来更多双星合并信号的发现，引力波观测有望成为宇宙学重要的独立研究手段。
引力波的发现证实了广义相对论的预言，越来越多的引力波观测也在进一步检验广义相对论。比如广义相对论指出引力波以光速传播。引力波信号GW170817和伽马射线暴GRB 170817A到达地球的时间差只有1.7秒。考虑到波源距离地球1.3亿光年，引力波的传播速度与光速相差不超过10-16 。到目前为止，对LIGO-处女座的一系列引力波事件的分析，并没有发现任何偏离广义相对论的迹象，比如引力子质量为零，引力波只有两种偏振模式等等。

引力波发现的这五年 引力波的发现( 二 )

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