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2017年人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波 黑洞合并产生引力波的证据

由加利西亚高能物理研究所和阿威罗大学领导的国际科学家团队，包括香港中文大学（CUHK）物理系的一名本科生，提出了两个被称为“异物”的紧凑物体碰撞的建议 。玻色子星是引力波信号GW190521起源的另一种解释 。假设的太阳是提出的最简单的奇特紧凑物体之一，并构成了有根据的暗物质候选物 。根据这种解释，研究小组能够估算出这些太阳中新的粒子成分的质量，这是一种超轻的玻色子，其质量比电子小数十亿倍 。他们的分析已在2021年2月24日发表 。
该小组由胡安·卡尔德龙·布斯蒂洛博士和尼古拉斯·桑奇斯-瓜尔博士共同领导，前者是CUHK大学物理系的教授，现为加利西亚高能物理研究所的“拉凯沙青年领袖——玛丽·居里研究员”，后者是阿威罗大学和里斯本大学高级理工学院的博士后研究员 。其他合作者来自巴伦西亚大学、阿威罗大学和莫纳什大学 。CUHK大学二年级本科生孙显伟也参加了此次活动 。
引力波是时空结构中以光速传播的涟漪 。根据爱因斯坦的相对论普通理论预测，它们起源于宇宙中最暴力的事件，携带着有关其来源的信息 。自2015年以来，激光干涉仪重力波天文台（LIGO）和处女座的先进探测器已经观测到大约50个重力波信号，这些信号来自宇宙中两个最神秘的实体——黑洞和中子星的合并 。
2020年9月，LIGO科学协作组织和处女座协作组织的联合体LVC宣布了对重力波信号GW190521的检测 。根据LVC分析，由香港中文大学物理系副教授Tjonnie Li教授领导的香港中文大学小组参与其中，该信号与两个质量区别为85和66倍的黑洞的碰撞相一致 。恒星，产生了最后的142恒星质量黑洞 。后者是新发现的黑洞家族（中等质量黑洞）的第一个成员 。根据Tjonnie Li教授的说法，这一发现至关主要，因为这种黑洞长期以来被认为是太阳坍塌形成的太阳质量黑洞和隐藏在几乎每个宇宙岛中心的超大质量黑洞之间缺失的一环 。
尽管具有主要意义，但对GW190521的观测对当前对太阳演化的理解提出了很大挑战，因为合并的黑洞之一具有“禁止”的大小 。研究小组提出的另一种解释为研究提出了新的方向 。尼古拉斯·桑奇斯·古拉博士（NicolásSanchis-Gual）解释说：“玻色子太阳几乎像黑洞一样紧凑，但是与它们不同的是，它们的表面或事件视界没有‘不返回‘的迹象 。当它们碰撞时，它们会形成一个玻色子太阳，该不稳定的玻色子太阳最后会塌陷成黑洞，并产生与去年LVC观测到的一致的信号 。不同于由我们通常所知的一般太阳构成的玻色子，玻色子星由超轻玻色子组成 。”
该团队将GW190521信号与玻色子太阳合并的计算机模拟进行了比较，发现它们实际上对数据的解释比LVC进行的分析稍好 。结果表明该源将具有与先前所述不同的属性 。JuanCalderónBustillo博士说：“首先，我们不再谈论碰撞黑洞，这消除了处理禁止的黑洞的问题 。其次，由于玻色子星合并要弱得多，因此我们得出的距离要比LVC估量的距离小得多 。这导致最后的黑洞的质量大得多，大约为250恒星质量，因此我们目睹了中等质量黑洞的形成这一事实仍然成立 。”
瓦伦西亚大学（University of Valencia）的Toni Font教授也是其中的合著者之一，他解释说，尽管该分析倾向于“通过设计”赞成合并的黑洞假说，但玻色子太阳合并实际上在数据上稍受青睐 。一种非决定性的方式 。尽管当前的玻色子太阳模拟的计算框架仍然相当有限并且有重大改进，但该团队将进一步开拓更进化的模型，并在玻色子太阳合并假设下研究类似的引力波观测结果 。
根据另一位合著者，阿威罗大学的卡洛斯·赫德伊罗教授的说法，这一发现不仅涉及对玻色子太阳的第一次观测，而且还涉及对它们的结构单元（一种称为超轻玻色子）的新粒子的观测 。有人提出将这种超轻玻色子当作我们所谓的暗物质的组成部分 。此外，研究小组实际上可以测量这种推定的新暗物质粒子的质量，并以高置信度丢弃零值 。如果随后对GW190521的分析和其他引力波观测结果得到证实，则该结果将为长期寻觅的暗物质候选者提供第一个观测证据 。

2017年人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波 黑洞合并产生引力波的证据

文章插图
【2017年人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波 黑洞合并产生引力波的证据】参加香港中文大学暑期本科研究实习计划的学生Samson Hin Wai Leong补充说：“我与CalderónBustillo教授一起设计了该项目的软件，成功地加快了研究的计算速度，最后我们能够在LVC公布分析后马上公布我们的结果 。与多元文化团队一起在物理学的前沿工作，并考虑在时空中寻觅“较暗的”波纹起源，同时证明存在暗物质粒子，这真是令人兴奋 。


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