双星旋近与致密并合
当两个致密天体相互绕转时，引力波辐射会使其轨道稳步收缩，直至它们并合；这些旋近和并合是地面探测器观测到的主要信号。
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Definition
双星旋近和并合是指两个致密天体（黑洞或中子星）的并合过程，它们通过引力波损失轨道能量而相互旋近，产生特征性的“啁啾”信号，随后是并合和残余物的弛豫振荡。
Scope
本主题涵盖致密双星并合的三个阶段：旋近、并合和弛豫振荡；频率和振幅不断升高的“啁啾”信号；波形的后牛顿和数值相对论建模；其中编码的关于质量、自旋和中子星物态方程的信息；以及黑洞和中子星并合的里程碑式探测。
Core questions
- 致密双星并合的旋近、并合和弛豫振荡阶段是什么？
- 波形如何用于测量天体的质量和自旋？
- 首次黑洞和中子星并合探测揭示了什么？
Key concepts
- 旋近、并合、弛豫振荡
- 啁啾信号和啁啾质量
- 后牛顿近似
- 数值相对论波形
- 自旋和质量测量
- 千新星和多信使后续观测
Key theories
- 旋近-并合-弛豫振荡波形
- 信号在旋近过程中频率和振幅升高（“啁啾”），在并合时达到峰值，并在残余物弛豫振荡为静止黑洞时衰减，这一序列通过结合后牛顿理论和数值相对论进行建模。
- 多信使中子星并合
- 2017年的双中子星探测伴随着伽马射线暴和光学千新星，证实了中子星并合是重元素产生的场所，并开启了多信使天文学。
Clinical relevance
致密双星探测已成为一种精密工具：它们证实了黑洞的存在和分布，通过旋近和弛豫振荡的一致性检验了广义相对论，约束了中子星的物态方程，并为测量宇宙膨胀率提供了标准警报器途径。
History
数十年的后牛顿理论和2005年数值相对论的突破提前产生了精确的并合波形；2015年对黑洞并合事件GW150914的探测以及2017年对中子星并合事件GW170817（通过电磁波谱观测到）的探测，确立了引力波天文学作为一门常规观测科学。
Key figures
- Kip Thorne
- Rainer Weiss
- Bernard Schutz
- Frans Pretorius
Related topics
Seminal works
- abbott2016
- abbott2017
Frequently asked questions
- 为什么这个信号被称为“啁啾”？
- 当两个天体向内旋近时，它们的轨道速度加快，并发出频率和振幅不断升高的引力波，因此当信号被转换到可听范围时，它的音调会像鸟的啁啾声一样向上扫频，并在并合时突然结束。
- 2017年中子星并合为何如此重要？
- 它同时被引力波和电磁波谱探测到，证实了此类并合会产生短伽马射线暴并锻造出金等重元素，并提供了宇宙膨胀的独立测量方法。