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核塌缩超新星会产生引力波吗?距离超新星有多近LIGO才能探测到它们?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-04-16 08:49:27

毫不夸张地说,每一个物理过程都会产生微小的引力波,但问题是核心坍塌是否会产生足以让我们测量的强烈引力波。

核塌缩开始时通常是近乎球对称的,至少在后期是这样;但引力波只有在四极子的变化和更高的不对称性时才会产生。所以大多数坍缩不会产生太多引力波能量,尽管快速旋转的恒星可能会产生一点。塌缩接近尾声时,中子星核反弹并停止塌缩,产生了激波。激波可能是不对称的,就像它与恒星外层的磁流体力学相互作用一样;这可能会导致碎片爆炸抛射的不对称性,以及一种补偿反应,这种反应偶尔会让新产生的中子星以高达光的1%的速度从形成的爆炸中缩小出来。将1.5到2.5倍太阳质量线性加速到这个速度,肯定会产生引力波。

核塌缩超新星会产生引力波吗?距离超新星有多近LIGO才能探测到它们?

然而,一个更强、更常见的引力波来源是快速旋转、新形成的中子星的不稳定性。缓慢旋转的物体的赤道向心增厚,呈圆对称。旋转速度足够快的物体会超越这个范围,形成扁圆的凸起(拉长的“雪茄”形状和/或更复杂的凸起)。这样的四极和更高的旋转凸起物将会辐射出大量的引力波,目前足以在几千光年内被探测到(在特殊情况下,可以探测到银河系的一半)。随着新一代探测器的出现,可观测距离可能会增加到300万光年,也就是跨越包括仙女座星系在内的局部星系群。

一般来说,引力波的产生需要偏离轴对称。

球对称系统不会产生引力波(这是伯克霍夫定理的结果),因为球对称物体外的引力场是静态的,纯粹由物体的质量决定,而不是它的分布方式(只要保持球对称)。脉动物体的引力场不随时间而改变。

轴对称系统也不会产生引力波,因为这些波将以不存在的偶极引力辐射的形式存在。

因此,一个天体物理事件要产生引力辐射,就必须在很大程度上偏离轴对称。核塌超新星能做到这一点吗?我不确定,但我很怀疑。

无论如何,产生引力波被LIGO探测到的可能性都非常小。LIGO对频率在100赫兹左右的引力波最为敏感。当涉及到黑洞合并时,这是完美的,它在吸气的最后阶段和随后的衰落过程中产生这个频率范围内的引力波。但我怀疑,超新星爆炸,即使它严重偏离了轴对称,也不会在合适的频率范围内产生引力波,让LIGO探测到,不管它离地球有多近。
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