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在廣義相對論裡,引力波是時空的漣漪。就好像當投擲石頭到池塘裡時,會在池塘表面產生漣漪,從石頭入水的位置向外傳播。

引力波源簡介

引力波的產生,是因為非對稱的運動造成了四極矩隨時間變化。籠統的說法是,只要一個系統在運動時輪廓變化了,就能夠生成引力波。

例如,一支鉛筆的旋轉會否產生引力波,要看其旋轉軸:沿著鉛筆則無,垂直於鉛筆則有。另一個簡單的例子是啞鈴的旋轉。如果啞鈴的兩端好像兩個天體互相公轉(即旋轉軸垂直於連線啞鈴兩端的把手),它就會產生引力波。

那麼引力波形成方式有那麼些呢?如下

能夠輻射可觀測量級引力波的密近雙星系統包括白矮星、中子星和黑洞等緻密恆星組成的雙星系統,例如黑洞雙星、黑洞-中子星、雙中子星、雙白矮星等等。

它們具有很大且隨時間變化的四極矩,對LIGO等地面探測器和空間探測器LISA而言都是重要的引力波源,也是至今唯一由間接觀測證實的引力波源(脈衝雙星系統PSR 1913+16)

引力輻射會使在旋近態中的雙星損失動能,造成其軌道以很緩慢的速度發生衰減,兩顆恆星逐漸接近

2、脈衝星

對於一顆獨立自轉的中子星(脈衝星)而言,要成為引力波射源,其品質(或品質流)分佈必須存在不對稱性

蟹狀星雲,藍色部分為錢德拉X射線天文臺拍攝的X射線影象,紅色部分為可見光影象,其星雲中心附近存在一顆年輕的脈衝星PSR J0534+2200,極有可能會被證實為引力波源的天體之一。

3、引力坍縮和伽瑪射線暴

中子星的形成來源於超新星的引力坍縮,超新星核心的坍縮速率可達每秒七萬千米。這種引力坍縮並不是高度對稱的,這一點已經在對超新星SN 1987A的觀測中得到證實。

SN 1987A是1987年2月24日在大麥哲倫雲內發現的一次超新星爆發,是自1604年開普勒超新星(SN 1604)以來觀測到的最明亮的超新星爆發,肉眼可見,位於蜘蛛星雲的外圍,距離地球大約51,400秒差距(約168,000光年)

這種引力坍縮會產生一種持續時間很短且無週期性的引力波突發訊號,並伴隨電子捕獲和中微子輸運的過程。

4、恆星品質黑洞

天文學家現在認識到宇宙中存在數量豐富的黑洞,根據品質可分為恆星品質黑洞和位於河外星系中心的超大品質黑洞。

這兩類黑洞的品質非常不同,因此它們的引力輻射的機制和頻率存在很大差別

黑洞雙星的自然頻率和其品質成反比。這表明恆星品質黑洞的引力波頻率在地面探測器的偵測範圍內,就能夠探測到引力波

兩個特大品質黑洞的合併,就是恆星品質黑洞合併的加強版。由於參與的品質很大,其引力輻射的頻率很低,但振幅卻相當高。

特大品質黑洞與白矮星、中子星、恆星品質黑洞和中等品質黑洞等較小品質緻密天體合併,這被稱作極端品質比例旋。當一個緻密星體碰巧接近星系中心的超大品質黑洞時它有可能被俘獲,在圍繞著超大品質黑洞公轉的同時放出引力輻射,因此這也是一種旋近態。

7、大爆炸

引力波自誕生起在宇宙中的傳播至今就幾乎沒有衰減或散射,所以大爆炸能夠形成引力波

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