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    宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

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      牛顿

      新的信使带来新的见解。

      天文学家们度过了令人轰动的一年。

      除了追踪宇宙中微子来源外,他们还探测到两颗城市大小的中子星的合并,每颗都比太阳大。

      这些发现预示着“多信使天文学新纪元”的到来。

      但什么是多信使天文学?

      在我们的日常生活中,我们根据不同的信号来解释我们周围的世界,例如声波、光(一种电磁波)和皮肤压力。每一个信号都可能由不同的“信使”传递。新的信使会带来新的见解。因此天文学家们急切地欢迎一批新的信使来到他们的科学领域。

      宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

      在新墨西哥,二十七个无线电天线构成了卡尔G.这是一个非常大的阵列。这个阵列是研究宇宙无线电波的重要工具。

      许多信使

      在天文学的大部分历史中,科学家们主要研究一个信使——电磁辐射所传递的信号。这些波在空间和时间中运动,用它们的波长或粒子中的能量的数量(光子)来描述。

      无线电波中的光子具有最低的能量和最长的波长,其次是中等能量和波长的红外光和光。X射线和伽马射线的波长最短,能量最高。

      但是科学家们也研究其他信使。

      • 宇宙射线:以光速运动的带电原子粒子和原子核。
      • 中微子:不带电的粒子,将宇宙的大部分部分视为透明的。
      • 引力波:空间和时间结构的褶皱。
      宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

      天文学的四个使者。

      尽管天文学的一些领域多年来一直在探索这些信使,但天文学家才在银河系以外的地方同时观测到不止一个信使的事件。在短短的几个月里,天文学家能够拼凑的来自不同信使的信号的信号源数量增加了一倍。

      就像在海滩上散步。

      多信使天文学是天文学的自然进化。科学家们需要更多的数据来把他们研究对象的全貌拼凑起来,并将他们发展的理论与他们的观察结果相匹配。

      天文学家把不同波长的光子组合起来,拼凑出宇宙的一些奥秘。例如,1951年,无线电和光学数据的结合在确定银河系是一个螺旋星系方面发挥了重要作用。

      天文学继续用一个信使光子揭示关于我们宇宙的伟大结果。所以,如果多信使天文学只是一个令人难以置信的成功历史的进化步骤,这是否意味着它只是一个新的流行语?

      我们不这么认为。

      宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

      美国宇航局钱德拉X射线天文台的艺术再现。这颗太空卫星产生了最详细的高能天体物理现象的X射线图像。

      想象一下你在海边散步。你正在享受一个不可思议的日落,听到滚滚的海浪,感觉脚下的沙子,闻到咸空气的味道。你的综合感觉形成了一个更完整的体验。

      在多信使天文学中,我们希望通过组合多信使从宇宙中学习更多,就像我们组合视觉、听觉、触觉和嗅觉一样。

      但并不总是野餐。

      天文学家和粒子物理学家的文化代表了不同的科学方法。在多信使天文学中,这些文化相互碰撞。

      天文学是一个观察领域,而不是实验。我们研究随时间变化的天体(时域天文学),这意味着我们通常只有一次机会观察一个短暂的天文事件。

      大多数时间域天文学家都是在小团队中工作,一次完成许多项目。我们甚至在提交科学论文之前,就利用天文学家的电报或伽马射线协调网等资源来快速交流结果。

      宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

      由于多信使信号的预期来源大多是瞬变的天文事件,因此除了光子外,捕获信使也是一项巨大的工作。

      粒子物理学家已经率先创建了大型国际合作项目来解决他们最困难的问题,包括大型强子对撞机、冰立方中微子天文台和激光干涉重力波天文台(LIGO)。将成百上千的研究人员聚集在一起,为共同的目标而努力,需要全面的角色识别、严格的沟通指南和许多电话会议。

      为了应对快速变化的信号源,以及捕捉多信使信号的巨大困难,天文学和粒子物理学必须相互融合,互相取长补短。

      宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

      多信使天文学的好处。

      多信使天文学作为天文学家和粒子物理学家几十年来所做工作的一个演变,这两个结果的结合是令人感兴趣的。

      对中子星合并产生的引力波的探测证实,这些碰撞产生了地球(和整个宇宙)上大部分的金和铂。它还显示了这些碰撞是如何产生(至少是一些)短伽马射线爆发的——这些爆炸事件的起源一直是天文学中一个巨大的悬而未决的问题。

      宇宙间忙碌的信使只有光子吗?

      “冰立方”中微子天文台利用一立方公里晶莹剔透的南极冰层捕捉到一个罕见中微子的信号,这一中微子借助一个超大质量的向我们的太阳系发射光子和近光速粒子的黑洞,帮助确定了40亿光年外的一个星系。

      中微子与单一天文源的首次结合,让我们得以窥见宇宙是如何产生其最高能粒子的。多重信使天文学揭示了宇宙中一些最极端情况的细节。

      多重信使的观点已经产生了超过其各部分总和的成果,我们可以期待在未来看到更多令人惊讶的发现。加拿大各地的精英团队已经为这一年轻领域的发展做出了贡献,而多信使天文学有望在我们未来十年在加拿大乃至全世界的天文学研究中发挥重要作用。

      参考资料

      1.WJ百科全书

      2.天文学名词

      3. Gregory Sivakoff and Daryl Haggard- inverse-西伯利亚注视着星空的小狼狗

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