LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

引力波是100多年前愛因斯坦預言存在的,2015年被發現。愛因斯坦認為帶質量物體加速度運動就會產生引力波,它是時空的漣漪。產生引力波的前提不只是質量加速,加速度也要隨時間變化,聽起來難以實現,但實際上所有互相繞轉的雙星系統都滿足這些條件,因為它們在繞轉的過程中向心加速度方向一直在變化,所以都能產生引力波,

LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

但是由於雙星繞轉的引力波輻射功率相對較弱,這些雙星系統距離我們地球都比較遙遠,就目前人類科學探測水平還無法探測到。因此科學家預測目前只有極端天體的幾種併合產生的引力波才能被我們探測到,分別是黑洞和黑洞併合、黑洞和中子星併合、中子星和中子星併合等。其中中子星併合產生的引力波會伴隨有電磁對應體(短伽馬射線暴),

LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

中子星併合產生短伽馬射線暴模擬圖

黑洞這樣緻密天體的併合不會有電磁對應體,因為它的引力太強了,電磁輻射根本不會發出。

LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

美國LIGO激光干涉探測器

題目說的應該是美國激光干涉儀探測器LIGO於2017年8月17日探測到的兩個中子星併合產生的引力波事件(GW170817)。這次地面在探測到引力波的同時,也探測到了大概持續2秒的伽馬射線(電磁波)短暴,的確地面的探測器探測到伽馬射線暴的時間比引力波晚1.7秒。

LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

上圖最後一欄對著上面的黑豎線是GW170817引力波信號。前三欄是兩個伽馬射線探測器三個能段的數據,灰豎線後(兩個中子星併合後1.7秒),一個持續2秒時間的伽馬射線暴(GRBI70817A)被探測到了。

這是為什麼呢?答題區有的答友說引力波是直線傳播,而電磁波是曲線傳播,所以雖然都是光速傳播,但最終差了1.7秒。這怎麼可能?兩個併合的中子星距地球有1.3億光年,範圍都超過本星系群了,這麼遠的距離,如果一個曲線傳播、一個直線傳播,最後何止差1.7秒?不過這也充分說明了引力波和電磁波都是以光速傳播,引力波絕沒有超光速,不會出現超距作用。實際上電磁波比引力波晚1.7秒主要有下面幾種可能。

一,在中子星表面的第一次接觸後的1.7秒內,伽馬射線電磁波才被釋放出來。即延遲釋放或發射。

短伽馬射線暴起源於中子星合併,這裡面有兩種可能都能使伽馬射線發射延遲。1,如果伽馬射線暴不是產生於表面,而是產生於碰撞的中子星核心,肯定會有一個延遲,因為光需要時間傳播到中子星表面,然後才能釋放出來。但引力波不會因穿過緻密物質而延遲,原因在下面再講。2,兩個中子星的堅硬表面(由90%以上的中子和其他原子核以及電子在邊緣形成)相互碰撞發生失控的核反應,導致大量物質噴射。

LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

而另一方面,中子星在太空中接近光速移動,隨著產生的強磁場,物質必然會被彈射剝離,因為它們會吸入和融合,因此中子星周圍有豐富的物質。

LIGO探測到引力波比電磁波早1.7秒到達,難道引力波超光速

如果伽馬射線暴產生於合併後的噴射物質與周圍物質的碰撞,而不是直接產生於中子星的合併,那就可能有延遲。因為只要那些周圍物質離中子星有幾十萬公里,那噴射物質和周圍物質的碰撞後的高能物質產生的伽馬射線就會被延遲,那這個延遲1.7秒就會被簡單解釋。

二,短暴和引力波同時釋放直接發射,但短暴延遲到達。

伽馬射線和引力波同時產生,但正如上面所說中子星周圍有豐富的物質,伽馬射線要通過周圍的物質,因而被延遲。而引力波並不受影響,因為引力波是時空本身的波動,而電磁波是在時空的能量傳播,必然受到時空中物質的擾動。這個情況和上面第一種可能有相同的地方,不同的是,伽馬射線通過的物質不同,一個通過的是中子星本身,一個通過的是中子星周圍物質。

三,我們受探測水平所限,也許沒有探測到和引力波同步的短暴。

在中子星併合的過程中,也許會發射多次短伽馬射線暴,我們的探測水平只能探測到最強的一次,而這最強的這次是在產生引力波後一點發射的。


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