引力波會永久地扭曲時空結構,留下引力波記憶

根據理論,引力波會永久扭曲時空結構。在一項發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)的新研究中,天文學家提出通過尋找宇宙超級事件在時空結構中留下的“傷痕”來探測這些曾經發生過的事件。

這一切都可歸結爲廣義相對論的一種效應——引力波記憶,這是由大質量天體反覆拉伸時空之後所留下的永久扭曲。根據廣義相對論,任何有質量的物體都會扭曲周圍時空。

一些超大質量天體的相互作用會在空間中釋放出以光速傳播的引力波。在2015年,天文學家通過激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)首次觀測到了廣義相對論所預言的引力波。天文學家觀測到,在13億年前,兩個質量均約爲太陽質量30倍的黑洞在互相碰撞之前加速至光速的一半,隨後發生大碰撞創造了這些引力波。

即便這樣的宇宙暴力事件能量驚人,但在13億年後,這些引力波到達地球之時,空間的扭曲僅爲一個質子大小的萬分之一,並只持續了0.2秒。

然而,科學家發現,當時空結構被這樣拉扯之後,並沒有在空間留下永久痕跡。

澳大利亞莫納什大學的科學家Paul Lasky解釋道,想象一下,兩名宇航員漂浮在太空中。當引力波記憶信號通過這兩名宇航員之間時,他們之間的距離被永久改變——他們之間的時空被拉伸或壓縮了。

但這種永久扭曲(引力波記憶)的跡象很難發現。對於像LIGO在2015年發現的黑洞碰撞,記憶波的特徵頻率可能只有在記錄大量類似事件來構建清晰的畫面時才能檢測到。

根據這項新研究,科學家應該考慮一些可能在技術上更容易觀測到可能會產生高頻記憶波的事件。物理學家認爲,宇宙中一些奇特的物體會產生這樣高頻率的引力波,其中包括原初黑洞,宇宙弦(空間中的微小一維缺陷)。相信,宇宙的秘密終有被揭開的那一天。