宇宙碰撞可以在发生之前预测？
【菜科解读】
宇宙碰撞可以在发生之前预测吗？Credit: California Institute of Technology
神奇的地球uux.cn据美国物理学家组织网 by Whitney Clavin, California Institute of Technology：2017年8月17日，大约70架望远镜集体将目光投向了发生在数百万光年之外的两颗死星之间的激烈碰撞。
望远镜在彩虹般的波长中观察这一事件，从无线电波到可见光到最高能量的伽马射线。
当这对超高密度中子星相互碰撞时，它们向外抛出碎片，这些碎片会发光几天、几周甚至几个月。
一些旁观的望远镜在灼热的爆炸中发现了金、铂和铀，证实了我们宇宙中大多数重元素都是在这种类型的宇宙碰撞中形成的。
如果故事到此结束，这一宇宙事件本身就会引人注目，但那天的天文聚会上还有其他三个探测器——两个属于LIGO 激光干涉引力波天文台，一个属于欧洲的处女座。
LIGO和处女座观察到的不是光波，而是引力波，或者由大质量加速物体产生的时空颤动。
随着中子星螺旋在一起，它们在合并并爆发出光之前会产生引力波。
正是Virgo室女座引力波网络提醒了世界各地的几十架望远镜，上面的天空中正在发生惊人的事情。
如果没有LIGO和处女座，2017年8月17日将是天文学中典型的一天。
从那时起，Virgo室女座网络只发现了另外一个中子星合并；在这种情况下，发生在2019年，基于光的望远镜无法观测到这一事件。
light处女座也探测到了几十个二元黑洞合并，但在大多数情况下，这些都不会发光。
随着Virgo处女座预定于今年5月回归，天文学家们正兴奋地为更多爆炸性的中子星合并做准备。
一些LIGO团队成员心中的一个紧迫问题是:他们能更快地探测到这些事件吗——甚至可能在死亡太阳碰撞之前？
为此，研究人员正在开发早期预警软件，以在撞击前几秒钟甚至整整一分钟提醒天文学家中子星合并。
“这是一场与时间的赛跑，”加州理工学院博士后学者瑞安·麦咭说，他正与佐治亚理工学院教授苏拉比·萨克德夫共同领导预警软件的开发。
“我们错过了宝贵的时间来理解这些合并前后发生了什么，”他说。
十一个小时后，源头找到了
一旦LIGO探测到一个可能的中子星碰撞，地面和宇宙的望远镜就开始追踪并精确定位它的位置。
由三个引力波探测器组成的Virgo处女座网络有助于缩小烟火发生的大致位置，同时需要基于光学的望远镜来识别中子星所在的确切宇宙岛。
对于8月17日的事件，即GW170817，大多数基于光的望远镜直到9个小时后才干开始搜索引力波事件的来源。
Virgo处女座团队在中子星碰撞40分钟后向天文学界发出了第一个警报，并在事件发生4.5小时后绘制了第一张星图，概述了事件的大致位置。
但是到那个时候，南部天空中感兴趣的区域已经下降到地平线以下，超出了能够看到它的南方望远镜的视野。
天文学家将不得不焦急地等待，直到事件发生后九个小时才开始搜索天空。
中子星碰撞后大约11个小时，几台地面光学望远镜终于锁定了电波的来源:一个名为NGC 4993的宇宙岛，距离我们大约1.3亿光年。
为下次跑步做准备
中子星怎么相互撞击并在宇宙中播种重元素的故事已经过去了11个小时，天文学家们急切地等待着更多的中子星碰撞。
对于Virgo室女座的即将到来的运行，其中也将包括日本KAGRA的观测，探测器已经进行了一系列升级，以使它们能够更好地捕捉引力波事件，从而捕捉中子星合并。
该团队预计在下一次运行中探测到4到10个中子星合并，并在计划于2027年开始的当前高级探测器网络的第五次观测运行中探测到多达100个。
计划在21世纪30年代使用更先进的探测器。
下一次运行将采纳的一个新功能是早期预警警报系统。
这个专门的软件将补充到目前为止常规用于探测所有引力波事件的重要软件。
主软件也称为搜索管道，通过将数据与已知信号或波形库进行匹配，寻找隐藏在嘈杂的LIGO数据中的微弱引力波信号，这些信号或波形代表不同类型的事件，如黑洞和中子星合并。
如果发现并确认了匹配，就会向天文学界发出警报。
预警软件以同样的方式工作，但只使用波形的截断版本，以便它可以更快地工作。
“探测器在观测过程中不断获取新数据，我们将波形与数据进行比较。
麦咭说:“如果我们使用截断的波形，我们就不必等到收集了足够多的数据后再进行比较。
”。
“权衡的结果是，信号需要足够大，以便使用截断的波形进行检测。
主要的是仍然沿着预警管道运行重要管道，以拾取较弱的信号，并获得最佳的最后定位。
”麦咭、萨克德夫和他们的同事正在研究一条名为GSTLAL的预警管道；Virgo处女座的其他预警管道也在建设中。
在烟火之前
当中子星像一对冰舞者一样互相围绕旋转时，它们的轨道越来越快，并发出频率越来越高的引力波。
中子星之间的最终舞蹈比黑洞之间的持续时间更长，在LIGO最敏感的频带内长达几分钟，这给了LIGO和处女座更多的时间来捕捉太阳戏剧性结局的前奏。
在GW170817的情况下，这对混合的中子星在Virgo处女座可探测到的频率范围内停留了六分钟，然后两个天体最后合并。
LIGO预警软件的截断波形旨在捕捉这最终一支舞的片段；事实上，研究人员认为该软件最后会在碰撞前一分钟捕捉到中子星合并。
如果是这样，这将给世界各地的望远镜更多的时间来发现和研究爆炸。
“在下一次运行中，我们可能能够提前10秒捕捉到中子星合并，”Sachdev说。
“到第五次运行时，我们相信我们可以捕捉到一个完整的一分钟警告。
”
对于天文学家来说，一分钟是很长的时间。
加州理工学院天文学教授Gregg Hallinan是加州理工学院欧文斯谷射电天文台的主任，他说，中子星即将合并的早期预警对伽马射线、X射线和射电望远镜尤为主要，因为碰撞可能在一开始就在这些波长上爆发。
哈利南说:“射电望远镜阵列，如欧文斯谷射电天文台 OVRO-LWA的长波长阵列和加州理工学院未来的2000天线深度天气阵列 DSA-2000，可能能够探测到理论上在中子星合并时发生的射电闪光，以及在合并前的最终一次检查中的一些模型。
”“这将告诉我们这些大规模毁灭性事件的直接环境。
更主要的是，看到无线电闪光还可以帮助我们迅速确定合并的地点。
”
加州理工学院的研究生Shreya Anand说，早期对合并的光学和紫外线观察可以揭示关于它们演化的新信息，例如元素是怎么在碰撞中喷出的快速移动物质中形成的。
Anand在加州理工学院天文学教授Mansi Kasliwal 2007级硕士，2011级博士的小组工作，她自己正忙于开发软件，不是为了预警系统，而是一旦收到来自LIGO的警报，就搜索天空中的中子星合并和其他宇宙事件。
Kasliwal的小组目前正在为Zwicky Transient Facility ZTF和即将到来的广域红外瞬态探测器 WINTER开发软件，这两个探测仪器位于加州理工学院的帕洛马天文台。
ZTF和温特可以追踪LIGO警报来发现和观察中子星合并。
Anand正在开发一种软件来加速这种搜索。
“我们的算法计算出怎么最好地覆盖天空的不同区域，以及持续多久，以确保找到目标的最大机会，”她说。
“在合并的早期阶段，我们错过了有趣的物理学。
LIGO团队的预警软件和我们的望远镜搜索软件将加快我们早期发现事件的机会。
这将最后让我们对正在发生的事情有一个更完整的了解。
”
麦咭领导的预警研究发表在2021年的天体物理学杂志《快报》上。
Sachdev领导的这项研究也发表在2020年的天体物理学杂志Letters上。
宇宙未解三大谜团，持续引发学界及大众热议
起源谜团起源谜团可以分成宇宙起源谜团以及人类起源谜团。
①关于宇宙起源，如果翻看现在的科学百科，一起来源于爱因斯坦的相对论横空出世，宇宙学得到了前所未有的进展，标准宇宙的模型被提出，宇宙一切的诞生源于138亿年前的大爆炸。
现在有三个强有力的证据，第1个力证是宇宙微波背景辐射，这是宇宙大爆炸的余温，并且现如今已经被科学家准确探测到，所以是确定性证据，第2个则是氦元素的丰度，这是宇宙大爆炸早期，关于粒子怎么形成的一条论断，现在也被证实，第3个则是宇宙膨胀，这是指天文学家哈勃在观察银河系以及其中行星时，他发现这一切都在远离我们，并且距离越远，远离的速度则越快，证明宇宙正在膨胀。
②人类起源谜团这三个证据证明了宇宙始于大爆炸，而生命起源的证据本来还没有找到。
但目前最能让人接受的理论应该是海底热泉口，这发生在距今大约4亿年之前，海底热泉口的氢离子定向移动来为自身提供能量，根据RNA世界假说理论，早期生命依靠的是RNA当作遗传物质，但是关于生命以及人类是怎么演变至今，科学界主流依旧是达尔文进化论，同时结合现在所有的DNA手段，科学家们进一步还原了物种进化的古代。
至于人类本身的起源，现在绝大部分重要依托化石当作证据，以及分子物种学的加持，人类旨在进行更长远研究，目前已知最准确的理论是人类属于灵长类物种，距今6,700万年前就已出现，同时躲过了第5次生命大灭绝。
宇宙浩瀚谜团宇宙又为什么是如此庞大，根据哈勃所观察到的理论，在短时间内宇宙就膨胀到了自身的1030次方倍，在距今4亿年之前暗能量占据了宇宙的主导，同时由于相反的力，它又使得宇宙开始加速膨胀，那么现在宇宙究竟是多大？根据主流观点来看，宇宙是无限大的，并且它在一直长大，而人类现今可观测到的一部分则是极小的宇宙。
地球结构谜团人类对于太阳的了解，本来远远多于对地球内部的了解，毕竟人类对于太阳的观测有很多种，观测的方式也有很多，比如日冕，光波等等，但是对于地球的内部结构，人们用挖也无法确定。
之前写过一篇文章，美国在上世纪只挖到8000多米就放弃了，苏联则是挖到了13,000米，这个孔在学界叫做克拉超声钻孔，但现在如今最深的钻孔也比克拉钻孔多了几十米而已，可是就算是如此深度，和地球半径进行比较，只有1/500而已。
这距离地心还有6000多公里，所以挖的办法是根本行不通的。
但好在地质学方面科学家们利用地震波，通过它在遇到不同中的物质时的变化来猜测地底结构。
现在高中地理教科书上的地质结构，本来就是来源于科学家们利用地震波监测而进行推导。
总结人类在生活以及探索层面有许多未解谜团，但人类也确实已经知道了许多，倘若能够解开更多的未解谜团，地球人或许会发现对于自然和宇宙了解的更少，因此科学技术的提高刻不容缓。
研究人员发现在过去的470万年里几次海洋底部环流崩溃
Credit: Yao Huiqiang（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（cy Chinese Academy of Sciences）：南极底层水(AABW)覆盖了全球海底的三分之二以上，菜叶说说，其形成最近已经减少。
然而，它的长期可变性还没有得到很好的理解。
由中国科学院地质与地球物理研究所邓教授带领的研究人员和他们的合作者重建了约470万年前的AABW历史。
他们发现，AABW已经坍塌了几次，这种坍塌可能导致了水分运输，从而加剧了北半球的冰川作用(NHG)。
这部作品于2月24日在科学进展出版。
这项研究的依据是位于海平面以下5 050米的东太平洋直径36毫米的铁锰结核。
结核由中国地质调查局广州海洋地质调查局采集。
磁扫描是提供精确年代测定结果的一个重要因素。
“这是一个关键，尽管最终的日期是通过整合10Be/9Be，金属Co的通量和天文调谐获得的，”同济大学的Yi Liang博士说，他是该研究的第一作者，也是IGG/CAS的博士后。
“由于AABW是海底区域氧气的主要提供者，我们使用了各种科学方法来确定铁锰结核中的金属积累与海洋氧化还原条件之间的关系，”邓教授说。
"镍、锰和铜的含量用来指示AABW的变化."来自东太平洋的AABW记录和主要的AABW、NADW和NHG事件。
Credit: Deng Chenglong’s group这些结果表明，自约3.4百万年以来，东太平洋海水含氧量呈线性增加。
这一趋势与南极冰盖(AIS)的观测结果一致，表明它们之间存在协变。
将AABW记录与过去100万年的其他地质记录进行比较，研究人员发现海洋底部环流的冰川增强。
这一观察表明，当地球气候寒冷时，例如在过去的冰川时期，大气中的CO2可能已经定期储存在深海中。
这些对比清楚地突出了七个海水含氧量低的区间，表明AABW的影响被降低到了一个更低的水平。
这些时期被称为AABW崩溃，并伴随着北大西洋深水(NADW)的增强以及NHG历史的关键阶段，如NHG变得强化或放大。
研究了铁锰结核及其年龄模型。
Credit: Deng Chenglong’s group虽然我们不知道将会发生什么来应对持续的人工智能融化和AABW减速，但AABW崩溃可能在过去几次将地球拖入更恶劣的冰川气候。
