未來(lái)空間引力波探測(cè)：尋找白矮星雙星周?chē)钠嫣匦行?/h1>
- 2019-08-16 11:33:12
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藝術(shù)示意圖，圍繞白矮星運(yùn)行的一顆系外行星，白矮星周?chē)粋�(gè)殘骸物質(zhì)構(gòu)成的盤(pán)狀物
新浪科技訊 北京時(shí)間8月16日消息，歐洲正在策劃一項(xiàng)未來(lái)的空間探測(cè)引力波探測(cè)任務(wù)，這或?qū)椭茖W(xué)家們找到科幻小說(shuō)（電影）《銀河系漫游指南》里的那種奇特行星。
在過(guò)去幾年間，借助引力波信號(hào)，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了好幾對(duì)黑洞的存在，不久之后，人們也許就可以發(fā)現(xiàn)那些圍繞雙白矮星系統(tǒng)運(yùn)行的行星，白矮星是中等質(zhì)量恒星在生命終結(jié)階段的狀態(tài)，一顆從兩顆恒星的演化歷程中幸存下來(lái)的行星，必定是非常非常古老的，在這樣的情況下，兩顆主序星已然演化成為兩顆白矮星，這將需要非常非常久遠(yuǎn)的時(shí)間。
但是要做到這一點(diǎn)，將需要未來(lái)更加先進(jìn)的探測(cè)任務(wù)，比如歐洲發(fā)展中的“激光干涉空間天線”（LISA）項(xiàng)目。由于引力波探測(cè)器相比電磁波探測(cè)可以觀察到更遠(yuǎn)的宇宙深處，LISA或許將可以檢測(cè)到遠(yuǎn)在銀河系之外的行星。
LISA計(jì)劃在2030年代發(fā)射升空，類似這樣的引力波探測(cè)器主要用于探測(cè)宇宙中致密天體對(duì)所產(chǎn)生的引力波信號(hào)。這樣的雙星系統(tǒng)包括雙白矮星系統(tǒng)，類似太陽(yáng)這樣大小的恒星在接近死亡時(shí)，就將成為一顆白矮星，不再能夠產(chǎn)生內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，它將逐漸冷卻和死去。
這類溫度較低的恒星，如果使用光學(xué)手段，或者其他電磁波段的探測(cè)手段要實(shí)現(xiàn)探測(cè)難度比較大，而要想探測(cè)到它們身邊隱匿的行星，則更像是天方夜譚，到目前為止，科學(xué)家們只在白矮星周?chē)l(fā)現(xiàn)過(guò)一顆行星，還是使用的非直接觀測(cè)手段。
了解有多少行星可以在白矮星周?chē)掖嫦聛?lái)，對(duì)于我們了解行星系統(tǒng)的未來(lái)演化歷程十分關(guān)鍵，LISA探測(cè)器將幫助科學(xué)家們做到這一點(diǎn)研究顯示，如果這樣的行星真的存在，那么LISA應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)數(shù)百顆新的系外行星。
在過(guò)去30年里，天文學(xué)家們已經(jīng)探測(cè)到超過(guò)4000顆系外行星，這其中真正的突破來(lái)自NASA發(fā)射的“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡，借助“凌星法”，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡識(shí)別出大量的系外行星目標(biāo)。所謂凌星法，就是通過(guò)精密測(cè)光，發(fā)現(xiàn)由于行星在視線方向上，從被觀測(cè)恒星的前方經(jīng)過(guò)，從而導(dǎo)致恒星亮度出現(xiàn)輕微下降，從而讓科學(xué)家們反推出行星存在的技術(shù)。
而利用引力波技術(shù)對(duì)系外行星進(jìn)行探測(cè)，也將是類似的方式。簡(jiǎn)單說(shuō)，一對(duì)相互繞轉(zhuǎn)的白矮星，其產(chǎn)生的引力波信號(hào)，與周?chē)行行菄@運(yùn)行的雙白矮星系統(tǒng)產(chǎn)生的引力波信號(hào)是有差異的，對(duì)這樣的信號(hào)開(kāi)展研究，將可以粗略估算出隱藏的第三個(gè)目標(biāo)（行星體）的質(zhì)量大小。
與此同時(shí)，只要距離不太遠(yuǎn)，電磁波段的探測(cè)手段則可以提供一種數(shù)據(jù)補(bǔ)充，盡管光學(xué)波段無(wú)法直接觀測(cè)到行星體。理論上，LISA將可以檢測(cè)到質(zhì)量?jī)H有50倍地球大小的系外行星。
此外，塔馬尼尼也指出，單個(gè)的白矮星周?chē)绻嬖谛行�，也�?huì)產(chǎn)生引力波信號(hào)，但這樣的信號(hào)太弱，并非LISA或者近期其他計(jì)劃中的探測(cè)器可以檢測(cè)的范圍。
與電磁波段的檢測(cè)不同，引力波探測(cè)器可以穿透迷霧，LISA可以穿越銀河系的中心區(qū)域，檢測(cè)到銀河系另一側(cè)的信號(hào)，甚至是來(lái)自周遭其他星系內(nèi)部的信號(hào)，比如大小麥哲倫星云。
恒星的生命終點(diǎn)
在未來(lái)大約50億年之后，我們的太陽(yáng)將會(huì)逐漸膨脹成為一顆巨大的紅巨星，隨后慢慢衰亡，成為一顆白矮星，這一過(guò)程中，軌道位于最內(nèi)側(cè)的水星和金星將會(huì)被摧毀，而地球的軌道將貼著這個(gè)巨大的膨脹的瀕死恒星運(yùn)行，命運(yùn)難測(cè)，但火星和更加外側(cè)的行星大體上可以確定將是安全的，它們將繼續(xù)圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。
除此之外，一個(gè)行星系統(tǒng)的死亡將可能意味著另一個(gè)新的行星系統(tǒng)的新生。目前的研究顯示，一個(gè)被摧毀的世界產(chǎn)生的大量碎屑物，比如以太陽(yáng)系為例，當(dāng)太陽(yáng)膨脹時(shí)被摧毀的水星和金星的殘骸碎屑物，最終將會(huì)圍繞著恒星死亡后殘留下來(lái)的白矮星運(yùn)行。有一種理論認(rèn)為，此后在這樣的情況下，這些碎屑物將會(huì)在白矮星軌道上逐漸形成第二代的行星體，而如果這些浴火重生的行星體質(zhì)量足夠巨大，那么它們將可以被LISA和其他未來(lái)的引力波信號(hào)探測(cè)設(shè)備檢測(cè)到。
當(dāng)如果向這個(gè)系統(tǒng)中再多加入一顆白矮星，那么此時(shí)這顆行星的命運(yùn)就將變得不再那么確定，科學(xué)家們至少已經(jīng)在一個(gè)雙白矮星系統(tǒng)周?chē)^察到行星體殘骸，這至少表明，行星是可以存在于雙白矮星周?chē)能壍郎系摹?/p>
但直到LISA發(fā)射為止，科學(xué)家們無(wú)法確定圍繞雙白矮星系統(tǒng)存在行星，到底是少數(shù)情況還是常見(jiàn)情況，又或是介于兩者之間，但如果這樣的情況的確存在，那么LISA的發(fā)現(xiàn)將幫助科學(xué)家們改進(jìn)他們關(guān)于太陽(yáng)系的誕生以及死亡的相關(guān)模型，我們將會(huì)目睹一個(gè)此前一直處于未知狀態(tài)的行星演化階段，而如果這樣的情況不存在，那么這同樣將向研究行星系統(tǒng)演化的科學(xué)家們傳遞很多重要信息。
而如果到時(shí)候科學(xué)家們果真在雙白矮星系統(tǒng)周?chē)l(fā)現(xiàn)行星，那么這簡(jiǎn)直就像是《銀河系漫游指南》里面的情節(jié)翻版。在這部小說(shuō)（電影）中，有一個(gè)行星叫做Magrathea，它圍繞兩顆恒星運(yùn)行，這兩顆恒星分別名叫Soulianis 和 Rahm。作者在書(shū)中描述這兩顆恒星發(fā)出的光是白色的，這或許是兩顆白矮星。
引力波或許并非是有關(guān)生命，宇宙和萬(wàn)物的終極答案。但最終，它或許將幫助我們找到行星Magrathea。（晨風(fēng)）
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在過(guò)去幾年間，借助引力波信號(hào)，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了好幾對(duì)黑洞的存在，不久之后，人們也許就可以發(fā)現(xiàn)那些圍繞雙白矮星系統(tǒng)運(yùn)行的行星，白矮星是中等質(zhì)量恒星在生命終結(jié)階段的狀態(tài)，一顆從兩顆恒星的演化歷程中幸存下來(lái)的行星，必定是非常非常古老的，在這樣的情況下，兩顆主序星已然演化成為兩顆白矮星，這將需要非常非常久遠(yuǎn)的時(shí)間。
但是要做到這一點(diǎn)，將需要未來(lái)更加先進(jìn)的探測(cè)任務(wù)，比如歐洲發(fā)展中的“激光干涉空間天線”（LISA）項(xiàng)目。由于引力波探測(cè)器相比電磁波探測(cè)可以觀察到更遠(yuǎn)的宇宙深處，LISA或許將可以檢測(cè)到遠(yuǎn)在銀河系之外的行星。
LISA計(jì)劃在2030年代發(fā)射升空，類似這樣的引力波探測(cè)器主要用于探測(cè)宇宙中致密天體對(duì)所產(chǎn)生的引力波信號(hào)。這樣的雙星系統(tǒng)包括雙白矮星系統(tǒng)，類似太陽(yáng)這樣大小的恒星在接近死亡時(shí)，就將成為一顆白矮星，不再能夠產(chǎn)生內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，它將逐漸冷卻和死去。
這類溫度較低的恒星，如果使用光學(xué)手段，或者其他電磁波段的探測(cè)手段要實(shí)現(xiàn)探測(cè)難度比較大，而要想探測(cè)到它們身邊隱匿的行星，則更像是天方夜譚，到目前為止，科學(xué)家們只在白矮星周?chē)l(fā)現(xiàn)過(guò)一顆行星，還是使用的非直接觀測(cè)手段。
了解有多少行星可以在白矮星周?chē)掖嫦聛?lái)，對(duì)于我們了解行星系統(tǒng)的未來(lái)演化歷程十分關(guān)鍵，LISA探測(cè)器將幫助科學(xué)家們做到這一點(diǎn)研究顯示，如果這樣的行星真的存在，那么LISA應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)數(shù)百顆新的系外行星。
在過(guò)去30年里，天文學(xué)家們已經(jīng)探測(cè)到超過(guò)4000顆系外行星，這其中真正的突破來(lái)自NASA發(fā)射的“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡，借助“凌星法”，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡識(shí)別出大量的系外行星目標(biāo)。所謂凌星法，就是通過(guò)精密測(cè)光，發(fā)現(xiàn)由于行星在視線方向上，從被觀測(cè)恒星的前方經(jīng)過(guò)，從而導(dǎo)致恒星亮度出現(xiàn)輕微下降，從而讓科學(xué)家們反推出行星存在的技術(shù)。
而利用引力波技術(shù)對(duì)系外行星進(jìn)行探測(cè)，也將是類似的方式。簡(jiǎn)單說(shuō)，一對(duì)相互繞轉(zhuǎn)的白矮星，其產(chǎn)生的引力波信號(hào)，與周?chē)行行菄@運(yùn)行的雙白矮星系統(tǒng)產(chǎn)生的引力波信號(hào)是有差異的，對(duì)這樣的信號(hào)開(kāi)展研究，將可以粗略估算出隱藏的第三個(gè)目標(biāo)（行星體）的質(zhì)量大小。
與此同時(shí)，只要距離不太遠(yuǎn)，電磁波段的探測(cè)手段則可以提供一種數(shù)據(jù)補(bǔ)充，盡管光學(xué)波段無(wú)法直接觀測(cè)到行星體。理論上，LISA將可以檢測(cè)到質(zhì)量?jī)H有50倍地球大小的系外行星。
此外，塔馬尼尼也指出，單個(gè)的白矮星周?chē)绻嬖谛行�，也�?huì)產(chǎn)生引力波信號(hào)，但這樣的信號(hào)太弱，并非LISA或者近期其他計(jì)劃中的探測(cè)器可以檢測(cè)的范圍。
與電磁波段的檢測(cè)不同，引力波探測(cè)器可以穿透迷霧，LISA可以穿越銀河系的中心區(qū)域，檢測(cè)到銀河系另一側(cè)的信號(hào)，甚至是來(lái)自周遭其他星系內(nèi)部的信號(hào)，比如大小麥哲倫星云。
恒星的生命終點(diǎn)
在未來(lái)大約50億年之后，我們的太陽(yáng)將會(huì)逐漸膨脹成為一顆巨大的紅巨星，隨后慢慢衰亡，成為一顆白矮星，這一過(guò)程中，軌道位于最內(nèi)側(cè)的水星和金星將會(huì)被摧毀，而地球的軌道將貼著這個(gè)巨大的膨脹的瀕死恒星運(yùn)行，命運(yùn)難測(cè)，但火星和更加外側(cè)的行星大體上可以確定將是安全的，它們將繼續(xù)圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。
除此之外，一個(gè)行星系統(tǒng)的死亡將可能意味著另一個(gè)新的行星系統(tǒng)的新生。目前的研究顯示，一個(gè)被摧毀的世界產(chǎn)生的大量碎屑物，比如以太陽(yáng)系為例，當(dāng)太陽(yáng)膨脹時(shí)被摧毀的水星和金星的殘骸碎屑物，最終將會(huì)圍繞著恒星死亡后殘留下來(lái)的白矮星運(yùn)行。有一種理論認(rèn)為，此后在這樣的情況下，這些碎屑物將會(huì)在白矮星軌道上逐漸形成第二代的行星體，而如果這些浴火重生的行星體質(zhì)量足夠巨大，那么它們將可以被LISA和其他未來(lái)的引力波信號(hào)探測(cè)設(shè)備檢測(cè)到。
當(dāng)如果向這個(gè)系統(tǒng)中再多加入一顆白矮星，那么此時(shí)這顆行星的命運(yùn)就將變得不再那么確定，科學(xué)家們至少已經(jīng)在一個(gè)雙白矮星系統(tǒng)周?chē)^察到行星體殘骸，這至少表明，行星是可以存在于雙白矮星周?chē)能壍郎系摹?/p>
但直到LISA發(fā)射為止，科學(xué)家們無(wú)法確定圍繞雙白矮星系統(tǒng)存在行星，到底是少數(shù)情況還是常見(jiàn)情況，又或是介于兩者之間，但如果這樣的情況的確存在，那么LISA的發(fā)現(xiàn)將幫助科學(xué)家們改進(jìn)他們關(guān)于太陽(yáng)系的誕生以及死亡的相關(guān)模型，我們將會(huì)目睹一個(gè)此前一直處于未知狀態(tài)的行星演化階段，而如果這樣的情況不存在，那么這同樣將向研究行星系統(tǒng)演化的科學(xué)家們傳遞很多重要信息。
而如果到時(shí)候科學(xué)家們果真在雙白矮星系統(tǒng)周?chē)l(fā)現(xiàn)行星，那么這簡(jiǎn)直就像是《銀河系漫游指南》里面的情節(jié)翻版。在這部小說(shuō)（電影）中，有一個(gè)行星叫做Magrathea，它圍繞兩顆恒星運(yùn)行，這兩顆恒星分別名叫Soulianis 和 Rahm。作者在書(shū)中描述這兩顆恒星發(fā)出的光是白色的，這或許是兩顆白矮星。
引力波或許并非是有關(guān)生命，宇宙和萬(wàn)物的終極答案。但最終，它或許將幫助我們找到行星Magrathea。（晨風(fēng)）
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