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欧美三天文台联手探测到第四次引力波事件

发布时间:2017-09-29 09:17:32 来源: 作者:

原标题:欧美三天文台联手探测到第四次引力波事件,定位双黑洞合并

当地时间9月27日,美国加州理工学院主导的LIGO团队宣布与意大利的Virgo引力波观测台联手探测到第四次引力波事件——两个黑洞发生合并。通过三方定位,科学家们更精确地锁定了引力波产生的方位。

“这只是LIGO和Virgo合作的开始”,LIGO科学联盟发言人大卫·舒梅克(David Shoemaker)说道,“在下一轮2018年秋季的探测中,我们预期这种结果每周都有,甚至更频繁。”

值得一提的是,现在距离诺贝尔物理学奖揭晓已不足一周,LIGO两位健在的创始人雷纳·韦斯(Rainer Weiss)和吉普·索恩(Kip Thorne)仍是最大热门。2016年2月11日,LIGO宣布成功探测到由两个黑洞碰撞产生的引力波,验证爱因斯坦百年前提出的广义相对论,震惊全球物理学界。然而,2016年诺贝尔奖提名的截止时间是1月31日。外界猜测,诺奖可能推迟到今年才会花落LIGO。

今年3月9日,LIGO另一位创始人、苏格兰实验物理学家罗纳德·德雷弗(Ronald Drever)因痴呆症恶化逝世。

远在银河系18亿光年之外,质量分别为太阳的31倍和25倍的两个黑洞,合并后形成了一个质量约为太阳53倍的黑洞。相差的3倍太阳能量以引力波的形式传递出去。

8月14日,这个编号为GW170814的引力波先后到达LIGO位于华盛顿州和路易斯安那州的两个观测台,以及意大利的Virgo观测台。

LIGO位于华盛顿州的引力波观测台

引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲,时空在伸展和压缩的过程中,会产生振动传播开来,这些振动就是引力波。我们在地球上随时随地都可能遭遇来自宇宙中各种源头的引力波:两个黑洞合并、中子星自转、超新星核塌缩等。然而,即使是像黑洞这样巨大质量的系统相互碰撞、合并,产生的引力波信号传递到地球上也是很微弱的。就连爱因斯坦本人也想象不到,能通过怎样的方法探测到引力波。

LIGO激光干涉引力波探测仪的基本思路是这样的:两条长度相同的探测臂呈L型放置,在L中间的拐点处放置激光源,沿两条管子各发射一束激光,而在两臂的末端放置一面镜子来反射激光。在真空中,两条同时发射的光束应该同时返回中间拐点相逢,在干涉作用下,光束不会抵达光电探测器。但如果有引力波穿过探测仪,两条真空管中的空间会出现微小的拉伸与压缩,两条光束就会出现光程差,从而外泄到光电探测器上。

在那之后,LIGO又成功探测到了两次由黑洞碰撞引发的引力波。

这次双黑洞合并是LIGO探测到的第四个引力波事件,也是Virgo观测台探测到的第一个引力波事件,距离8月1日,经历6年升级改造的全新Virgo观测台投入使用恰好两星期。Virgo观测台位于意大利比萨附近的小镇卡希纳,由法国、意大利、荷兰、波兰和匈牙利的科学家共同参与。

第三个观测台的加入使探测精度大大提高,锁定的事件发生区域只有60平方度,比只有LIGO的两个观测台时缩小了10倍。

位于意大利的Virgo引力波观测台

科学家们也首次得以测量引力波的偏振模式。爱因斯坦广义相对论中预测的引力波偏振种类与现有理论并不相同。以后,探测结果可以证明爱因斯坦是对是错。

LIGO科学联盟创始人巴里·巴里希(Barry Barish)曾告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),LIGO的后续工作就是探测由不同事件产生的不同类型的引力波信号:由双系统(中子星、低质量黑洞)合并产生的信号;由中子星自转、地壳形变产生的持续信号;由超新星核塌缩、宇宙弦产生的爆发性信号;甚至是原初引力波信号。

这次探测到双黑洞合并后,外界期待下一个引力波信号会来自中子星。黑洞吸收光,无法直接被探测到,科学家们只能通过周围时空的表现推测黑洞的存在。中子星则不然,它们会散发大量光线。也就是说,科学家们在地面观测台探测并定位到中子星引发的引力波,就能用光学设备进行观测了。

不过,中子星引发的引力波强度要比黑洞碰撞小得多,探测起来更有难度。中子星是恒星演化到末期,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后的结果。根据质量的不同,恒星的核心区域可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。

也许,我们需要等待精度更高的空间引力波探测器。在2030年后,中国的“天琴计划”和欧洲的LISA项目将先后升空。

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