引力波源

引力波是由加速的非球形质量分布产生的；最强的天体物理源是旋近致密双星，但超新星、自转中子星和早期宇宙也会辐射引力波。

Definition

引力波源是任何质量-能量分布具有时变四极矩（或更高阶矩）并发出引力辐射的系统；典型的源是致密天体双星，其轨道运动产生强大且可预测的波形。

Scope

本主题涵盖引力辐射的四极性质、主要源类别、致密双星并合、旋转变形中子星（连续波）、不对称超新星塌缩（爆发）以及来自许多未分辨源或早期宇宙的随机背景，以及决定哪些探测器可以观测到它们的特征频率和强度。

Core questions

• 为什么只有非球形、加速的系统才会发出引力波？
• 天体物理引力波源的主要类别有哪些？
• 源的特性如何决定它们可以被探测到的频率范围？

Key concepts

• 质量四极矩
• 致密双星并合
• 中子星产生的连续波
• 爆发源（超新星）
• 随机背景
• 源频率波段

Key theories

四极辐射

引力波主要通过源的质量四极矩的变化来辐射，因此球对称运动不产生辐射，只有不对称、加速的质量分布才会产生波。

致密双星作为主要来源

旋近的黑洞和中子星对是声音最响亮且建模最佳的源，它们通过引力辐射导致的轨道衰减首次由赫尔斯-泰勒双星脉冲星间接证实。

Clinical relevance

识别和建模引力波源将引力波探测转变为天文学：每种源类别都探测不同的物理现象，从中子星中致密物质的物态方程到宇宙时间尺度上黑洞的分布，以及随机背景中早期宇宙可能存在的遗迹。

History

爱因斯坦预言之后，引力辐射的第一个令人信服的证据出现在1974年，当时赫尔斯（Hulse）和泰勒（Taylor）发现了一颗双星脉冲星，其轨道衰减与四极公式的预测完全一致，这为他们赢得了1993年诺贝尔奖，并推动了直接探测的努力。

Key figures

• Russell Hulse
• Joseph Taylor
• Kip Thorne
• Bernard Schutz

Seminal works

• hulse1975
• maggiore2008

Frequently asked questions

为什么一个自转的、完美对称的恒星不发射引力波？

发射需要变化的四极矩；一个完美轴对称的旋转天体从外部看具有恒定的质量分布，因此它不辐射引力波，而一个带有“山峰”或其他不对称性的恒星则会辐射。

赫尔斯-泰勒双星脉冲星的意义是什么？

它的轨道收缩速率与通过引力波损失能量的预期速率精确一致，提供了第一个定量的、尽管是间接的引力辐射存在的证据，比引力波被直接探测到早了几十年。