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天文|神秘莫测的引力波 将来会否指引我们看到恒星的演变


当一颗恒星爆炸时 ， 我们很难看到它内部的情况 ， 这是因为传统方式传递的信息都被“爆炸”淹没了 ， 但是引力波——在时空结构上泛起的微小涟漪——可能会帮助天文学家了解大质量恒星的死亡之谜 。
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恒星在变为超新星时需要大量的能量 。 当大质量恒星死亡时 ， 它们的亮度可以盖过整个星系的亮度(那将是数千亿颗恒星的亮度) 。 我们知道超新星现象是真实存在的 ， 但我们不确定是什么触发了这一现象 。
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然而 ， 我们确实了解一部分事实 。 在恒星坏掉之前的时间里 ， 恒星的核心是被一层又一层的核聚变反应包围着的铁核 。 在恒星其余部分的挤压下 ， 铁将变成更重的元素 ， 但这种反应不是聚变反应 ， 它不会释放任何的能量 。
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不进行聚变反应 ， 恒星内部将失去抵抗外部压力的源动力 ， 只靠电子简并压已经不能阻止引力杀死恒星了 。 但在最后一刻 ， 就在灾难将临大厦将倾的前一秒 ， 强烈的压力将电子推入质子 ， 电子与质子合作 ， 它们变成中子 ， 依靠比电子更强的中子简并压来抵抗引力的作用 。 此时产生的巨大中子球(原始的中子星)能够短暂地停止恒星向内坍缩 ， 继而恒星可能会“砰”的爆炸（超新星爆发） 。
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天文学家对这一过程的计算机模拟很难从坍缩停止到“砰”——程序似乎遗漏了某些因素 。 质子转化为中子的过程中会释放出大量被称为中微子的微小粒子 ， 这些粒子大部分都自由地逃逸掉了（事实上 ， 超新星99%的能量都转化成了中微子释放） ， 而我们还不清楚这些中微子如何以及是否会触发超新星爆发的过程 。
但还有一种可能为超新星提供能量的动力源 。 在超新星爆炸前的最后一刻 ， 中子和质子可能经历了一次或多次的相变 ， 变成一种奇异的、由基本粒子组成的等离子体 ， 即夸克-胶子等离子体 。
这种相变将会释放出新一轮的能量 ， 这也许正是超新星所需的能量 。 然而判断这是否是事情的真相是一项棘手的任务 ， 因为我们无法在超新星爆发的时候看到里面是什么样子的 。
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但是事实上可能还存在另外一种方法 。 根据近期的一份文献 ， 在超新星发射出引力波的过程中 ， 可能存在一个更明显的信号 。 这些引力波有高频、高振福、持续时间极短（只有几毫秒）的特点 。 虽然目前的实验还无法完成检测这些引力波信号的任务 ， 但未来的检测器能否探测到星体内部情况还犹未可知 。
相关知识
引力波由加速的大量粒子形成 ， 是时空扭曲所产生的扰动 ， 它以波的形式、光的速度向外传播 。 1905年 ， 庞加莱猜测可能存在以光速传播的引力波 ， 随后在1916年 ， 爱因斯坦在广义相对论的基础上预言了引力波的存在 。 引力波以引力辐射的形式传播能量 ， 这种能量类似于电磁辐射的辐射能 。 牛顿的万有引力定律是经典力学的一部分 ， 它无法证明它们的存在 ， 因为这个定律是建立在物理的相互作用瞬时传播（以极大的速度传播）的基础上的——这证明经典力学的方法不能用于解释与相对论有关的现象 。
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引力波天文学作为观测天文学的一个分支 ， 它使用引力波来收集一些观测数据 ， 这些数据往往跟可检测引力波的来源有关 ， 如中子星、黑洞和由白矮星所组成的双星系统 ， 还有一些如超新星和大爆炸后不久早期宇宙的形成 。 在1993年 ， 赫尔斯和小约瑟夫.泰勒因发现并观测到Hulse-Taylor双星脉冲星荣获诺贝尔物理学奖 ， 这为引力波的存在提供了第一个间接证据 。 在2016年2月11日LIGO合作宣布首次观测到引力波 ， 这是在2015年9月14日格林尼治时间九点五十分四十五秒探测到的信号 ， 当时两个质量分别为29和36个太阳质量的黑洞在约13亿光年外合并 ， 在合并的最后一秒 ， 它释放出可观测宇宙中所有恒星总和的五十多倍的能量 ， 信号频率在10个周期（5个轨道）内从35Hz上升到250Hz ， 强度持续上升了0.2秒 。

【天文|神秘莫测的引力波 将来会否指引我们看到恒星的演变】作者：PAUL M.SUTTER）
FY：Astronomical volunteer team
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