引力波观测站将寻找宇宙中最理想的球形大尺度天体

引力波--最初由爱因斯坦预测，一个世纪后由先进的观测站探测到的时空中的幽灵涟漪，这引发了天体物理学的一场革命，揭示了黑洞和中子星合并的原本隐藏的细节。现在，科学家们利用这些波打开了宇宙的另一个新窗口，为中子星的确切形状提供了新的限制。这一结果将有助于研究人员不断探索这些奇异物体的内部工作原理。

到目前为止，华盛顿和路易斯安那州的激光干涉引力波观测站(LIGO)和意大利的处女座引力波观测站已经探测到了11个引力波事件。

在这些事件中，10个来自双星黑洞的合并，1个来自两颗中子星的合并。

在所有情况下，波的形式都符合爱因斯坦广义相对论的预测。

对于双星黑洞事件，通过的波持续不到一秒；对于合并的中子星，发射的时间约为100秒。

但如此快速的脉冲并不是唯一种可以流经宇宙的引力波。

特别是，孤立的中子星在自旋信号时可能会发射可探测到的引力波，这可能会揭示这些恒星的地形和内部组成的新的重要细节。

中子星是恒星的尸体，当巨大的恒星作为超新星爆炸时留下的残余物。

这种爆炸的力量压缩了即将熄灭的恒星的核心，将其转变成一个超致密的中子球，其质量略大于我们的太阳，但被挤压后的直径只有20公里左右。

理论计算和观测证据都表明，中子星起源的物理极端可能使它们成为目前存在的最理想的球形大尺度天体，只表现出最微小的完美偏差。

然而，即使是这些微小的缺陷也可能产生重大后果，表面只有几厘米高的“山”，可能是由于恒星外壳的裂纹或恒星磁极上的物质吸积而形成的，而磁极并不一定与其自转轴相同。

在这种情况下，中子星对球形度的偏离将取决于它的“状态方程”--恒星半径、质量和超强磁场之间关系的度量。

LIGO科学合作组织(LIGO Science Collaboration)的成员，剑桥大学的内森·约翰逊-麦克丹尼尔(Nathan Johnson-McDaniel)表示：“人们确实认为，任何重要的引力波都来自恒星的大尺度不对称变形，而不是小的隆起或山脉。

”一些轻微的不对称也被认为仅仅是因为中子星的自转，类似于地球的赤道凸起，由离心力推动远离轴心。

一些中子星的自转速度非常快，以至于它们表面的一个点可能会以光速的十分之一移动。

不管怎样，任何晃动都会不断地产生引力波，物理学家称之为“连续引力波”。

它们比迄今为止从合并中所看到的引力波小100倍，而合并本身的引力波就是大约10^-12的平坦时空的微小偏差。

在2016年11月至2017年8月LIGO的第二次观测中，干涉仪搜索了整个天空，寻找连续的引力波。

接下来，LIGO团队成员筛选出大约四个月探测时间的所有信号，过滤出代表地面背景噪音（如微小地震甚至路过的卡车）的假阳性信号。

利用改进的数据筛选算法，这项研究的工作人员对中子星的椭圆度设置了新的、独立的上限，这是衡量中子星离完美球体有多远的一种方法。

他们分析的要点是，在距地球大约3万光年的范围内，中子星似乎都不会偏离百万分之一以上的完美球形度。

事实上，这些奇异物体上存在的任何山脉都必须是非常微小的凸起。

但南安普顿大学(University of Southampton)的应用数学家尼尔斯·安德森(Nils Andersson)表示，这项研究需要放在背景中考虑。

他说，对已知脉冲星的研究--快速旋转的中子星发出像灯塔一样的辐射束--已经对椭圆度施加了限制，比这项研究的椭圆度要好1000倍左右。

即便如此，可能有很多中子星没有可探测的电磁辐射，它们太暗了，也许是因为它们的磁场很弱。

安德森说，这些假想恒星的连续引力波的发射可能是天文学家看到它们的唯一方式。

这是一个困难的问题，涉及到恒星弹性外壳是如何发展的，以及内部磁场是如何演变的，我们不知道如何解决这个问题。

尽管最新的搜索没有找到任何连续的引力波，但通过筛选第二次观测运行的数据获得的知识可能会减少在未来的数据集中进行类似搜索所需的非常昂贵的计算机时间。

灵敏度的提高将使人们得以成功地窥视一个基本上未经检验的领域。

印第安纳大学布鲁明顿分校的查尔斯·霍洛维茨(Charles Horowitz)表示：“我对此以及其他有希望的全天搜索引力波感到兴奋。

引力波的天空在很大程度上是未知的，它可能包含真正的惊喜，这些可能是非凡的发现。

”LIGO的第三个观察期从4月开始。

这一最新的观测运行将持续一年，所有这一切都提高了40%的仪器灵敏度，允许搜索到三亿光年左右的双星黑洞合并。

除了期望更多的双星黑洞合并，灵敏度的提高和更长的运行时间也将允许对连续引力波的更深入的搜索。

霍洛维茨说：“我乐观地认为，最终将会发现来自旋转中子星的连续引力波，这将提供有关这两者的重要信息。

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