尋找外星人，瑞典科學(xué)家想出了一個(gè)新辦法。近日，瑞典哥德堡大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文探討了外星人掌握制造引力波技術(shù)的可能性。他們稱，其他先進(jìn)的外星文明應(yīng)該會(huì)考慮設(shè)置引力波發(fā)射器，而只要將歐洲航天局計(jì)劃發(fā)射的激光干涉儀空間天線(LISA)引力波探測(cè)任務(wù)稍做調(diào)整，就可以將它變成能捕捉地外文明通信信號(hào)的探測(cè)器。
這種方法的可行性目前尚不可知。但自激光引力波天文臺(tái)（LIGO）2015年首次探測(cè)到引力波以來(lái)，已探測(cè)到多次引力波事件，其中包括13次由雙黑洞碰撞、2次由雙中子星碰撞，以及疑似由黑洞和中子星碰撞產(chǎn)生的引力波。要通過(guò)引力波去尋找外星人，顯然要對(duì)各種波源產(chǎn)生的引力波了然于胸才行。那么，目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了哪些類型的引力波源，還有哪些“隱身”波源有待探索？
確認(rèn)十多例事件，驗(yàn)證理論預(yù)言
引力波是時(shí)空的漣漪，會(huì)在宇宙間留下蹤跡。目前，已經(jīng)現(xiàn)身的引力波源包括成對(duì)碰撞的黑洞、雙中子星并合，以及疑似黑洞吞噬中子星。
LIGO于2015年9月14日第一次捕獲的引力波源頭正是一對(duì)相互碰撞的黑洞，“涉事”黑洞的質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的30倍。LIGO的三位創(chuàng)始人也因發(fā)現(xiàn)引力波而榮膺2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員張承民解釋道：“這一事件證明，運(yùn)動(dòng)的大質(zhì)量天體的確可以撼動(dòng)時(shí)空并產(chǎn)生引力波，這正如在1915年發(fā)表的愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的那樣。不僅如此，這一發(fā)現(xiàn)還證明，地球上的高精度實(shí)驗(yàn)可以探測(cè)到這些引力波——而愛(ài)因斯坦曾對(duì)此持懷疑態(tài)度?！?
此外，科學(xué)家此前曾預(yù)言，一對(duì)中子星相互繞轉(zhuǎn)碰撞，可能產(chǎn)生引力波。
張承民介紹，中子星是8—25倍太陽(yáng)質(zhì)量的大型恒星死亡后、在自身重力的作用下發(fā)生坍縮的產(chǎn)物，其密度大得驚人，相當(dāng)于將全球人口置于人的手心。
2017年8月，LIGO-Virgo（歐洲室女座引力波探測(cè)器）團(tuán)隊(duì)捕獲了第一個(gè)此類事件，并于今年4月25日再次得手。而且，通過(guò)分析引力波數(shù)據(jù)，科學(xué)家還揭示了中子星相互繞轉(zhuǎn)碰撞的隱藏細(xì)節(jié)，包括撞擊后產(chǎn)生了金、銀和鉑等貴金屬元素。
另一種可以在時(shí)空中產(chǎn)生引力波的合并類似于我們?cè)诒苛軘偵峡匆姷那煽肆ο悴蒌鰷u：一個(gè)黑洞和一個(gè)中子星合并成一個(gè)新黑洞。LIGO-Virgo團(tuán)隊(duì)可能于4月26日看到了這種合并的“蛛絲馬跡”，但鑒于信號(hào)太弱，科學(xué)家們目前還無(wú)法對(duì)其蓋棺論定。
張承民解釋道，如果證實(shí)該信號(hào)的確代表了一個(gè)黑洞和一顆中子星相撞，那將證明這兩種天體可以“比鄰而居”。在合并之前，該黑洞和中子星曾經(jīng)組成了一個(gè)緊密的二元系統(tǒng)，相互繞軌道運(yùn)行，經(jīng)歷“千里共嬋娟”的死亡之舞，最后一起踏入墳?zāi)埂?
科學(xué)家們稱，研究這樣一個(gè)系統(tǒng)有助于梳理構(gòu)成中子星內(nèi)部所謂“核面食”的神秘物質(zhì)。天體物理學(xué)家推測(cè)，恒星變成中子星時(shí)，密集的中子會(huì)以不同方式被推移和拉動(dòng)，導(dǎo)致其形成各種形狀。它們類似于不同種類的意大利面食，因此被統(tǒng)稱為“核面食”。
張承民說(shuō)，監(jiān)控黑洞—中子星合并可以向我們展示，在黑洞的極端引力作用下，附近的中子星會(huì)如何變形瓦解，這也是與“核面食”行為有關(guān)的一個(gè)謎團(tuán)。
尋找“隱身”波源，期待意外驚喜
而截至目前，還有包括中等質(zhì)量黑洞的碰撞、凹凸不平的中子星、超新星爆發(fā)以及宇宙大爆炸等產(chǎn)生的引力波未被人類捕獲，科學(xué)家們“為伊消得人憔悴”。
迄今為止，LIGO和Virgo探測(cè)到的所有黑洞均為恒星級(jí)質(zhì)量，這意味著它們的“體重”通常不到太陽(yáng)的100倍。而超大質(zhì)量黑洞的“體重”一般是太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億倍，但目前尚不清楚是否存在質(zhì)量介于這兩者之間的黑洞產(chǎn)生的引力波事件。以前的研究已經(jīng)看到了這種中等質(zhì)量黑洞的“蛛絲馬跡”，但探測(cè)到其彼此相撞產(chǎn)生的引力波將是更明確的證據(jù)。
表面凹凸不平的中子星也是引力波科學(xué)家們向往的目標(biāo)。2018年10月，美國(guó)和加拿大科學(xué)家在《物理評(píng)論快報(bào)》上撰文指出，“核面食”由于強(qiáng)度極高、密度極大，甚至可以堆疊成“山脈”，把部分中子星的外殼頂起來(lái)，在其表面形成凸起。在中子星快速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，這些凸起處理論上會(huì)導(dǎo)致引力波輻射。因此，探測(cè)到表面有凸起的中子星也成為科學(xué)家的目標(biāo)。當(dāng)然，與其他大多數(shù)引力波不同，表面有凸起的中子星將產(chǎn)生連續(xù)的引力波輻射。
此外，LIGO和Virgo也可以從超新星爆發(fā)過(guò)程中捕獲引力波，超新星爆發(fā)是大質(zhì)量恒星生命結(jié)束時(shí)的一種劇烈爆炸。
張承民表示，我們知道的是，在超新星爆發(fā)期間，恒星的中心會(huì)發(fā)生坍塌，由此產(chǎn)生的中子星從坍縮核的殘余那里收集物質(zhì)，中子星表面的渦流會(huì)使其像鐘擺一樣振動(dòng)，發(fā)出引力波。
除此之外，宇宙大爆炸產(chǎn)生的引力波也是科學(xué)家們孜孜以求的目標(biāo)。一旦探測(cè)到它就意味著能比以往任何時(shí)候都更深入地了解早期宇宙的歷史，以及宇宙膨脹等。
當(dāng)然，未來(lái)也有可能發(fā)現(xiàn)科學(xué)家們目前還不知道的引力波源。LIGO團(tuán)隊(duì)成員、美國(guó)西北大學(xué)的克里斯托弗·貝瑞說(shuō)，每當(dāng)研究人員以新的方式觀察宇宙時(shí)，他們都會(huì)發(fā)現(xiàn)一些意料之外的東西，我們相信，探測(cè)引力波也是如此。
需要更好的技術(shù)，還需要點(diǎn)運(yùn)氣
為什么上述幾種波源產(chǎn)生的引力波仍未現(xiàn)身呢？
張承民解釋道，一方面與我們的技術(shù)本身未到位有關(guān)。比如，宇宙大爆炸產(chǎn)生的引力波可能會(huì)與其他物質(zhì)產(chǎn)生的引力波混合在一起，“目前的探測(cè)器還無(wú)法‘揪出’宇宙大爆炸產(chǎn)生的引力波信號(hào)” 。
此外，縱觀科學(xué)發(fā)展史，很多重大的發(fā)明，其實(shí)都是“運(yùn)氣”的偶然產(chǎn)物。比如，X光就是德國(guó)物理學(xué)家威廉·倫琴在實(shí)驗(yàn)室中研究陰極射線管的特性時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。在尋找引力波源時(shí)，科學(xué)家們可能也需要更多的運(yùn)氣。
普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家戴維·拉迪斯及其同事在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上報(bào)告說(shuō)：“引力波、中微子和來(lái)自星系的超新星輻射可以讓我們了解恒星的結(jié)構(gòu)、以及驅(qū)使恒星爆發(fā)的機(jī)制。”
但問(wèn)題在于，天文學(xué)家們不知道下一顆超新星何時(shí)爆發(fā)。拉迪斯說(shuō)：“根據(jù)我們的估算，在銀河系大小的星系中，每100年可能只有2次超新星爆發(fā)，所以我們需要非常幸運(yùn)，或者非常有耐心?！?
LIGO發(fā)言人、威斯康星大學(xué)密爾沃基分校的帕特里克·布雷迪說(shuō)：“引力波天文學(xué)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，這個(gè)全新的宇宙窗口有望為我們提供一個(gè)獨(dú)特的視角，來(lái)逐一揭開宇宙的神秘面紗?！?
張承民說(shuō)：“引力波還有很多謎團(tuán)有待我們揭開，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索?！被蛟S，這也是全球無(wú)數(shù)引力波科學(xué)家的心聲。
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