引力波天文學檢視原始碼討論檢視歷史
引力波天文學（英語：Gravitational-wave astronomy）是觀測天文學20世紀中葉以來逐漸興起的一個新興分支，其發展基礎是廣義相對論中引力的輻射理論在各類相對論性天體系統研究中的應用。與基於電磁波觀測的傳統觀測天文學相對比，引力波天文學是通過引力波這個途徑來觀測發出引力輻射的天體系統。
廣義相對論預言下的引力波來自於宇宙間帶有強引力場的天文學或宇宙學波源，近半個世紀以來的天體物理學研究表明，引力輻射在天體系統中出現的場合非常豐富。這些可期待的波源包括銀河系內的雙星系統（白矮星、中子星或黑洞等緻密星體組成的雙星）、河外星系內的超大質量黑洞的合併、脈衝星的自轉、超新星的引力坍縮、大爆炸留下的背景輻射等等。
引力波的觀測意義不僅在於對廣義相對論的直接驗證，更在於它能夠提供一個觀測宇宙的新途徑，就像觀測天文學從可見光天文學擴展到全波段天文學那樣極大擴展人類的視野。傳統的觀測天文學完全依靠對電磁輻射的探測，而引力波天文學的出現則標誌着觀測手段已經開始超越電磁相互作用的範疇，引力波觀測將揭示關於恆星、星系以及宇宙更多前所未知的信息。[1]
簡介
由於萬有引力相互作用和電磁相互作用相比強度十分微弱，引力波的直接觀測對現有技術而言是一個很大的挑戰。自1915年愛因斯坦發表廣義相對論，在理論上預言引力波的存在以來，之後一世紀時間，引力波都未能在實驗上直接被檢測到。因此從這個意義上說，真正實現通過引力波的觀測來從實驗上研究天體系統，從而完善引力波天文學這一新興領域還為時尚早。但從相關的理論研究角度來看，理論上的引力波天文學已經存在，它的發展基礎是20世紀中葉以來在引力輻射框架下的天體物理學研究，其中最著名的例子是普林斯頓大學的拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發現的脈衝雙星，PSR 1913+16，
這些研究使人們逐漸發現相對論性引力在天體系統中的重要地位。
2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）團隊於華盛頓舉行的一場記者會上宣布人類對於引力波的首個直接探測結果。所探測到的引力波來源於雙黑洞併合。兩個黑洞分別估計為29及36倍太陽質量，這次探測為物理學家史上首次由地面直接成功探測引力波。
同年6月15日，LIGO團隊宣布，第二次直接探測到引力波。所探測到的引力波也來源於雙黑洞併合。兩個黑洞分別估計為14.2及7.8倍太陽質量。
特點
與基於電磁波觀測的傳統觀測天文學不同，引力波天文學具有如下特點：
引力波直接聯繫着波源整體的宏觀運動，而非如電磁波那樣來自單個原子或電子的運動的疊加，因此引力輻射所揭示的信息與電磁輻射觀測到的完全不同。例如對一個雙星系統觀測到的引力波的偏振揭示了其雙星軌道的傾斜度，這類關于波源運動的宏觀信息通常無法從電磁輻射觀測中取得。
如果比較波長與波源尺寸的關係，宇宙間的引力波並不像電磁波那樣波長比波源尺寸小很多，這使得引力波天文學通常不能像電磁波天文學那樣對波源進行拍照成相，而是類似聲波直接從波形分析波源的性質。
大多數引力波源很難或根本無法通過電磁輻射直接觀測到（例如黑洞），這個事實反過來也成立；考慮到現在一般認為宇宙間不發射任何電磁波的暗物質所占比例要遠大於發射電磁波的已知物質，暗物質與外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文學對這些暗物質的觀測具有重要意義。
引力波與物質的相互作用非常弱，在傳播途徑中基本不會像電磁波那樣容易被吸收、散射或色散，這意味着它們可以揭示一些宇宙角落深處的信息，例如宇宙誕生時形成的引力輻射至今仍然在宇宙間幾乎無衰減地傳播，這為直接觀測大爆炸提供了僅有的可能。
研究對象
引力波天文學這個名稱現在已經脫離了單純意義上的觀測天文學範疇，粗略來講引力波天文學涉及以廣義相對論為基礎的理論和實驗天體物理學、激光物理、數字信號處理、控制論、概率統計等多方面的領域。伯納德·舒爾茨曾列出成功觀測引力波的五條關鍵要素：
良好的探測器技術、良好的波形預測、良好的數據分析方法和技術、多個獨立探測器間的符合測量、引力波天文學和電磁波天文學的符合測量、從這五條要素可以將引力波天文學劃歸為三個方向。
引力波源
研究對象為第2條和第5條，主要研究被認為可觀測引力波源的物理性質，從理論上計算具體的引力波源產生的引力波的波形，以及這些特定的波源在星系中的數量和在某一時空範圍內被觀測到的幾率。
天體物理學中研究的電磁波譜是從 赫茲，也向下延伸20個數量級左右，範圍從最高頻的超新星引力坍縮和毫秒脈衝星到最低頻的宇宙早期量子漲落，涵蓋種類繁多的天體系統。
年來關於引力輻射理論的研究着重於使用不同的近似來研究兩體問題，主要原因在於雙星系統是重要的引力波源，而且在相對論力學中兩體問題並不像牛頓力學中的兩體問題那麼容易解析。在相對論力學中，兩體問題只能得到近似解，這是因為在處理輻射場以及處理非線性的愛因斯坦方程方面碰到嚴峻瓶頸。
最直接的辦法是數值解愛因斯坦方程，或者應用近似的解析方法。
後牛頓力學近似方法是一種典型並且常用的解析方法，這種近似試圖模仿牛頓力學的形式來解決較弱引力場的相對論問題。具體做法是對微小的牛頓力學量加以展開，可以選擇展開的項有速度 這實則是對相對論一種弱場低速的近似。這兩個量是相聯繫的，因為對自引力系統，甚至相對論性引力系統而言。
視頻
引力波天文學 相關視頻
參考文獻
- ↑ 引力波探測：引力波天文學的新時代，科學網，2016-03-02