恒星能量来自引力波

伤我心太深

引力波对物质可能有更多的影响，例如使振荡频率相符的恒星短时间内增亮。图片来源：哈佛大学

科学家已经证明，引力波，也就是在时空结构上传播的不可见涟漪，或许可以通过观测恒星而被“看到”。这一新的模型提出，恒星能从与自身振荡频率相同的引力波中吸收能量，从而增加亮度——这是爱因斯坦在1916年提出的广义相对论的一个新预言。

这项研究的第一作者、美国自然历史博物馆的研究助理巴里·麦克南（Barry McKernan）说：“在爱因斯坦提出这一理论近100年后，我们仍然能够找到其中隐藏的宝藏，这真是酷毙了。”他还在美国纽约城市大学曼哈顿社区学院担任教授，并在凯维里理论物理研究所任职。

你可以把引力波想象成地震发生后向外传播的地震波，只不过时空中这些“震荡”的源头都是一些高能天文现象，比如超新星（爆炸的恒星），中子星双星（一对恒星爆炸之后残存下来的两颗燃尽的核心），或者黑洞与中子星的并合。

尽管科学家很久以前就知道引力波的存在，但他们还从来没有直接观测到引力波，只是在地面和太空通过一系列实验试图能够做到这一点。直接观测引力波之所以如此困难，部分原因在于，引力波与物质的相互作用非常微弱。

不过，麦克南和他来自纽约城市大学、哈佛－史密松天体物理中心、普林斯顿高等研究院以及哥伦比亚大学的同事共同提出，引力波对物质的影响或许要比先前人们认为的更多一些。

新的模型证明，如果恒星的振荡频率与正在穿透它们的引力频率相符，就能够产生共振，从引力波中吸收大量能量。“就好像你有一个能以特定频率振动的弹簧，你以相同的频率敲击它时，就会使它振动得越来越剧烈。”麦克南说，“同样的事情，对引力波也适用。”

如果这些恒星吸收了大量能量，在缓慢释放这些能量的时候，短时间内它们就会像“被打了鸡血”一样，变得比平常更明亮一些。这可能给科学家提供了另一种方式，来间接检测引力波。

“你可以把恒星想象成木琴上的琴键——它们都有着各不相同的天然振动频率。”研究合作者莎维可·福特（Saavik Ford）说，“如果两个黑洞相互并合，发出某一特定频率的引力波，那就相当于一次只击打木琴上的一个琴键。不过，由于黑洞越靠越近时，引力波的频率会发生变化，这就相当于你击打了一连串的琴键。因此，你很可能会看到较大的恒星先变亮，随后越来越小的恒星也会相继变亮。”

这项研究还提供了另一种方法来间接检测引力波。从地球上或者太空中的某台引力波探测器的视角来看，当一颗振荡频率恰好合适的恒星从一个高能引力波源（比如正在并合的黑洞）前方经过时，探测器测量到的引力波强度会出现下降。换句话说，恒星，包括我们的太阳在内，都可能会“掩食”背后的引力波源。

麦克南指出，“说起‘掩食’，通常你想到的是恒星被什么东西遮掩，而不是反过来。”

这项研究于9月22日发表在《皇家天文学会月报：通讯》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters）上。这些科学家还将继续研究这些预言，尝试确定还需要再过多久，我们才能在一台望远镜或者一个探测器中观察到这些效应。