【加餐】這一波引力波，讓科學家體會到了「視聽」盛宴的感覺

科學家的「視聽」盛宴 來自王木頭講科學 00:00 09:21

這幾天整個科學界都非常的熱鬧，因為引力波又出來搞事情了。這次是發現了兩顆中子星合併時產生的引力波。人類探測到引力波已經不是一次兩次了，為什麼科學界會因為這次中子星的合併而如此的興奮你？很簡單，就是因為這次合併的是兩個中子星。

什麼？黑洞這種神秘天體的合併我們都見識過了，中子星合併好像沒什麼大不了吧，難道其中還有什麼特別的奧秘？

沒錯，的確有奧秘。你先來想像一下啊，假如讓你看電視的時候必須做出如下的選擇，1.要麼是只看畫面不聽聲音；2.要麼是只聽聲音不看畫面。你會如何呢？會不會感覺很崩潰。

以前科學家們研究宇宙就像是看電視必須二選一，要麼通過光線或者說通過電磁波去觀察，要麼通過引力波去觀察。（關於電磁波和光是同一種東西的介紹可以看我們前面的文章）甚至在2015年之前，也就是沒有發現引力波之前，科學家們是連這個選擇都沒有。整個宇宙就像是一台沒有聲音的電視，像黑洞、暗物質這樣不會讓你看到的東西，研究起來就特別困難。

而這一次中子星合併，就像是給了科學家們一次多感官觀察宇宙的機會，這次不僅可以聽得到，還能看得見。也就是說，這次不只有引力波，而且合併事件發生的同時還是放出了大量的電磁波。以前探測到的黑洞合併可是沒有這個待遇的，它們合併的時候，不會釋放出電磁波。具體原因比較複雜，你可以簡單理解為產生的電磁波也都會被黑洞吸走。

2014年和2017年發生中子星合併的同一位置的對比

而這一次就非常難得的了。它的難點並不是電磁波的探測，我們人類的各種望遠鏡和儀器幾乎是全方位監測宇宙各個頻段的電磁波變化的。難點的是引力波探測。科學家們曾經認為，以現在我們探測引力波的能力，只能是探測到黑洞合併，對探測到中子星合併是不抱希望的。因為中子星相對來說太輕了，可以釋放出的引力波能量太少了，現在的探測器精度可能不夠。

不過這次真的是運氣很好，因為兩個中子星合併的地方距離我們不是太遠。大概是1.3億光年，沒錯是1.3億光年，在銀河系外面的其他星系。這已經是很近的了。第一次探測到的兩個黑洞合併的引力波距離我們13億光年，是這次的10倍。順便說一下，那次兩個黑洞的重量準確地說是質量分別是29倍的太陽質量和36倍的太陽質量，而這一次的兩個中子星，一個是1.15倍太陽質量另一個是1.6倍。

知道這些數據之後，你應該想像這次能探測到中子星合併是多麼幸運的了吧。如果你看過其他相關報道話，應該看可以發現其中有幾個有趣的地方。一個是兩個中子星合併之後會形成一個千新星，另一個是引力波要比伽馬暴快2秒鐘率先到達地球。伽馬射線是一種強力電磁波，它在天空中忽然出現又忽然消失的現象叫做伽馬暴。

第一個，千新星是個什麼東西，第二個引力波竟然比電磁波快，是不是說引力波超過了光速呢？

先來回答第二個問題吧。引力波並沒有超過光速，2秒的時間差，反而更加證明了愛因斯坦的計算是正確的。他在將近100年前預言引力波存在的時候就已經計算出來了，引力波的速度等於光速。而這次會出現這個時間差，是因為合併時，引力波和電磁波並不是同時產生的。這個過程是這樣的，兩個中子星在合併之前會是互相旋轉，然後越來越近，越來越快，在這個過程中就已經開始釋放引力波了。只有當中子星們靠著特別近，甚至是碰撞在一起時才會排出大量的物質，這些物質相互碰撞才會產生電磁波。這個過程科學家們是有著嚴格的模型的來描述的，最後在模型中一算，和實際情況一樣。這就說明了愛因斯坦是對的，引力波的確也是以光速傳播的。

現在再來看第一個問題，千新星是一個什麼東西。這需要先從中子星開始解釋了。提到中子星，一般都會和白矮星、黑洞一起提起。它們都是恆星壽命結束之後的狀態。至於恆星最後到底會成為什麼樣子，就要看恆星的質量了。比如我們的太陽，在50多億年之後會變成白矮星。凡是質量在0.4到3.4倍太陽質量的恆星，最後的宿命都是這樣。它們會先是變成紅巨星，然後把最外層物質擴散到宇宙空間，留下來的就是白矮星。

如果一顆恆星的質量特別大，大於5倍太陽質量，那麼當它們生命結束時，就不會靜悄悄的結束，而是會發生超新星爆發。爆發之後剩下的，就有可能是中子星，也有可能是黑洞。至於是變成中子星還是變成黑洞，還是要看質量。如果剩下的這個核心大於1.44倍太陽質量，會變成中子星，如果質量還要大，大於了3.2倍的太陽質量，則會變成黑洞。

講到這裡，你應該注意到剛才提到了超新星，而我們要解釋的千新星，都是什麼什麼新星，那它們是不是有著什麼聯繫呢？沒錯，甚至你可以這樣理解，超新星是超級新星爆發，而千新星是一千倍的新星爆發。至於新星是什麼，這個概念一開始的意思還是特別寬泛的。最開始呢，人們看到了在天空某個地方本來沒有星星，結果忽然出現了一顆非常亮的星星，然後就認為這裡誕生了一顆新的星星，所以叫做新星。

而現在我們知道了，這根本不是出現了一顆新的星星，反而是一顆星球生命的結束。本來這個地方是有一顆恆星的，只不過距離我們特別遠，所以看不見。可是當它發生了巨大的爆炸時，產生的光亮是非常強烈的，甚至可以照亮整個星系。這個時候我們就可以從地球上看到了，不過隨著爆炸結束之後它還是會暗淡下去的。

後來，隨著天文學的發展，科學家們發現了這些恆星爆發的原因，原來是質量太大，自己本身無法承受而產生的爆炸。並且把這樣的爆炸叫做超新星爆發。而新星呢，則拿來特別指一種比超新星爆發弱一些的爆發現象。至於千新星，是指爆發威力相當於千倍的新星級別，所以這個名字很直接就叫千新星。

這一次兩個中子星合併的情況，是人類第一次確定發現的千新星現象。兩個中子合併之後是2.74倍的太陽質量，這肯定沒有到達黑洞的質量。可是這麼大質量的中子星又不太可能存在，所以它很有可能是一顆夸克星。白矮星，是星球自身在重力壓迫下原子結構無法完整保持，讓電子擺脫了原子核成為了自由電子；中子星，比白矮星的重力更大，電子直接被壓進了質子成為了中子，整個星球都像是有中子組成的，所以叫做中子星；黑洞的重力更大，將所有物質壓縮到了一個點，重力大到了光線也跑不出來，所以叫做黑洞。

很多科學家其實都猜想，中子星和黑洞之間還有一個夸克星，重力比中子星大，但是還沒有達到黑洞的程度，在這樣強大的重力下中子結構也無法保存，只能是以夸克形式存在，所以叫做夸克星。

好了，現在了解這些之後，再去看這次引力波的相關報道，就不會是只看熱鬧，而是可以看出其中的門道來了。

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