本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
最近有人問我,為什麼只有黑洞和像中子星這樣的緻密天體才會產生引力波。
答案是並非只有這些天體。
被LIGO探測到的引力波訊號 確實來自成對黑洞的旋入。但是,簡單來說,所有移動、加速和不對稱的天體都會在空間中產生漣漪,從而帶走能量。黑洞的極端緻密性使它們能夠產生足夠的波能量,不僅能被我們的儀器(勉強)探測到,而且還能在宇宙能量損失的情況下,在宇宙尺度上很短的時間內旋入。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
雙星會發射引力波,恆星和行星也會,甚至一對跳華爾茲舞的人類也會向空間的“結構”輻射 - 儘管功率水平絕對微乎其微。
具體來說,質量為 m1 和 m2 的一對物體,在圍繞其共同質心沿圓形路徑軌道執行時,損失到引力波中的功率由下式給出
如果我們代入地球-太陽系統的值(軌道距離為 r),則以引力波形式輻射出去的功率約為每秒 200 焦耳(200 瓦)。
這聽起來可能很多,但如果將其與地球在太陽引力場中的總動能和勢能進行比較,後者約為 1036 焦耳。因此,在一個軌道週期內,由於引力波造成的總能量損失大致相當於地球軌道半徑移動了 10-13 釐米。
看待這個問題的另一種方式是詢問,由於引力波能量損失,兩個軌道物體旋入需要多長時間。這個時間尺度的基本公式(使用方便的單位,軌道半徑“a”以天文單位計,質量以太陽質量計)是
如果地球和太陽沒有外部影響,如果太陽保持今天的狀態(而不是在幾十億年後膨脹並基本上消滅太陽系的內行星),並且如果我們忽略其他潮汐力效應,那麼這對天體將需要大約 1023 年才能由於引力波能量損失而旋入。
那相當長一段時間;未來悠閒的一千億萬億年。
即使是熱木星以僅 0.01 天文單位的距離繞太陽質量恆星執行的極端行星-恆星配置,也只能讓我們進入由於引力波輻射而旋入的幾萬億年領域。
所以,簡單的答案是,引力波一直都在我們周圍產生。與宇宙中最緻密和最massive的天體發生的情況相比,它們的能量真的非常非常低。
