两颗中子星的合并挑战暗能量理论 2016-11-08 04:01:21

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艺术家对两个合并的中子星的描绘波纹的时空网格表示从碰撞中传出的引力波,而窄波束显示在引力波后几秒钟射出的伽马射线的阵阵旋转从物质中喷出的物质云

合并的恒星也被描绘出云层发出可见光和其他波长的光(图片来源:NSF / LIGO /索诺玛州立大学/ A Simonnet)当科学家在时空中记录下波纹时,在两秒钟内观察到相关的光线爆发通过全球数十台望远镜,他们第一次目睹了两颗中子星的爆炸性碰撞和合并

8月17日观测到的强烈宇宙事件在地球上也有其他的反响:它排除了一类暗能量改变引力的理论,并挑战了一大类理论暗能量,它正在推动宇宙的加速膨胀,是物理学中最大的奥秘它占宇宙总质量和能量的68%,起到了一种反引力的作用,但我们还没有一个很好的解释

简单地说,暗能量可以推动物质的消失重力作用将物质拉到一起中子星合并产生了引力波 - 在空间和时间的结构中形成了一种波浪形的扭曲,就像一块抛出的涟漪穿过池塘的石头 - 在太空中传播了大约1.3亿光年并且几乎与从这次合并喷出的高能光一起抵达地球

重力波特征由一个名为LIGO和处女座的地球探测器网络探测到,并观察到第一次强烈的光爆发通过费米伽马射线太空望远镜几乎同时到达时间是关于暗能量和重力理论的一个非常重要的测试“我们的结果在阐明性质方面取得了重大进展o “暗能量,”MiguelZumalacárregui说,他是能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校伯克利宇宙物理中心的理论物理学家,他说“这是最简单的理论,”他说:“这是真的关于时间“这个模拟显示了两个中子星合并的最后阶段模拟中显示的合并在实际中发生得更快,在不到百分之一秒内,并产生强大的引力波这说明了其中一个由LIGO-Virgo引力波网络检测到的合并事件GW170817的可能情景合并的结果可能是中子星或黑洞,后者在这里显示(图片来源:W Kastaun / T Kawamura / B Giacomazzo / R Ciolfi / A Endrizzi)他和伯克利宇宙物理中心的博士研究员何塞·玛丽亚·埃兹基亚加参加了这项研究

12月18日出版于“物理评论快报”期刊由阿尔伯特爱因斯坦介绍的关于广义相对论的100年前的“宇宙学常数”理论以及从该模型得出的其他一些理论仍然是可行的竞争者,因为他们提出了黑暗能量在空间和时间上都是恒定的:引力波和光波以同样的方式受到暗能量的影响,因此通过空间以相同的速率传播“最喜欢的解释是这个宇宙常数,”他说“这很简单因为它会得到“有一些复杂和奇特的理论也能够支持星团合并测量所呈现的测试例如大质量引力 - 一种将质量分配给称为引力子的假想基本粒子的引力理论 - 如果引力子具有非常轻微的质量,仍然有一小部分可能性

然而,其他一些理论认为,引力波的到来将是从星期合并的到达光标签到达时间更长 - 延伸到数百万年 - 不解释所看到的,必须修改或报废8月17日中观星合并的数据不赞成范围理论,包括许多基于五次伽利略宇宙论的理论这个图表显示了大约300个这些伽利略变体,其中绿色阴影被观察到的合并事件不利 (图片来源:伯克利实验室,物理评论快报)该研究指出,一类被称为标量 - 张量理论的理论尤其受到中子星合并观测的挑战,包括爱因斯坦 - 以太,类似MOND(与修正的牛顿动力学有关) ,伽利略和霍恩德斯基的理论,仅举几例调整,一些受到挑战的模型可以在明星合并的最新测试中幸存下来,Zumalacárregui说,尽管他们“在Zumalacárregui加入宇宙中心的过程中”失去了一些简单性“今年,他是MarieSkłodowska-Curie全球研究员,专门研究重力和暗能量他开始研究引力波是否能够在2016年2月宣布两套引力波探测器称为LIGO之后提供有用的暗能量测试(激光干涉仪引力波天文台)捕获了第一次确认的引力波测量科学家认为那些w在两个黑洞的合并中创造了大量的黑洞以创造一个更大的黑洞但是这些类型的事件并没有产生相关的光爆发“你需要两者 - 不仅仅是引力波来帮助测试引力和暗能量的理论,”Zumalacárregui他在2017年4月与Ezquiaga和其他人一起发表的另一项研究探讨了重力波以不同于光的速度行进的理论条件

这一研究领域的另一个含义是,通过收集这些和其他可能的引力波在宇宙学事件中,有可能使用它们的特征签名作为“标准警报器”来测量宇宙的膨胀率

这类似于研究人员如何使用类似的物体光签名 - 包括一种被称为Ia型超新星和脉动的爆炸恒星被称为cepheids的恒星 - 作为测量距离的“标准蜡烛”宇宙学家使用组合n这样的测量建立一个所谓的距离阶梯,用于测量给定物体离地球有多远,但是有一些未解决的差异可能是由于空间尘埃的存在和计算中的不完整性从事件中收集更多数据产生引力波和光也可以帮助解决哈勃常数的不同测量 - 宇宙膨胀率的常用量度用超新星距离测量校准的哈勃率不同于从其他宇宙学观测得到的哈勃率,Zumalacárregui指出,所以发现更多像中子星合并这样的标准警报可能会改善距离测量8月中子星合并事件提供了一个意想不到但非常受欢迎的机会,他说“引力波是对距离梯测量的非常独立的确认或反驳”,他说“我对未来几年真的很兴奋至少有些o这些非标准暗能量模型可以解释这个哈勃速率差异“也许我们已经低估了一些事件,或者有些事情不明,因为我们需要修改宇宙的标准宇宙学,”他补充道,“如果这个标准成立,我们将需要一些难以通过实验验证的全新理论思想,比如多个宇宙 - 多元宇宙然而,如果这个标准失败,我们将有更多的实验途径来测试这些想法“新的工具和天空调查即将上线,也旨在改善我们的对暗能量的理解,包括计划于2019年开始运作的伯克利实验室主导的暗能量光谱仪器项目以及研究其他现象的科学家,例如由引力透镜引起的太空中的视错觉 - 引起光的重力引起的影响远处的物体在较近的物体周围弯曲和扭曲 - 也可用于进行更精确的测量“它可能会改变我们对宇宙和我们在宇宙中的位置的看法,”Zumalacárregui说“它需要新的想法”研究人员还隶属于Nordita,KTH皇家理工学院和瑞典斯德哥尔摩大学;法国巴黎 - 萨克莱大学;和马德里自治大学这项工作得到了西班牙国家研究机构,马德里自治大学和MarieSkłodowska-Curie全球奖学金项目的支持 出版物:JoseMaríaEzquiaga和MiguelZumalacárregui,“Dark Energy After GW170817:Dead Ends and the Road Ahead”,Physical Review Letters,2017; doi:101103 / PhysRevLett119251304资料来源:劳伦斯伯克利国家实验室