【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动

2019-11-25 - 引力波

本报讯 寻找引力波的新一轮工作又开始了——这一次将借助量子力学的奇妙之处。

在经历了19个月的关机并完成对激光、反射镜及其他部件的一系列升级后,4月1日,3个大型探测器——美国的两个激光干涉引力波天文台(LIGO)以及意大利的"处女座"(Virgo)引力波探测器正式启动第三轮引力波探测,同时恢复数据收集工作。在某种程度上,由于一种被称为光压缩的量子现象,这些机器不仅有望发现更多引力波,还可能进行更为详细的探测。

【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动
【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动

引力波可以揭示有关宇宙的丰富信息。研究人员希望此次能够观测到一些尚未被发现的事件,比如一颗超新星,或者一个黑洞与一颗中子星的合并。

此次运行将持续到明年3月,同时也标志着引力波天文学的一个重大变化。LIGO和Virgo将首次向其他天文台(以及任何拥有望远镜的天文爱好者)发布关于引力波探测的公共实时警报,并提示他们如何找到这些事件,以便使用从射电望远镜到空间X射线望远镜的传统技术对其展开研究。

【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动
【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动

帕萨迪纳市加州理工学院物理学家、LIGO主任David Reitze表示:"天文学家真的很着急。"LIGO在2015年首次对引力波进行了历史性探测。

Reitze说,升级后的网络应该能够比以前运行时检测到更多的事件——从平均每月一次增加到大约每周一次。这些事件可能大部分来自黑洞合并,但物理学家渴望看到另一场中子星碰撞。

【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动
【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动

灵敏度的提高将使探测器能够更好地从恒定的背景噪音中分辨出信号,从而为物理学家提供更多有关引力波的细节。这反过来又为精确验证阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论提供了可能。广义相对论预测了引力波的存在。

【引力波能发生干涉】国际第三轮引力波探测启动

升级后的LIGO还降低了量子噪声水平。量子噪声由光子的随机波动引发,可能导致测量的不确定性,并且掩盖微弱的引力波信号。

澳大利亚墨尔本市莫纳什大学理论天体物理学家Ilya Mandel指出,未来的探测应该能够揭示正在合并过程中的黑洞的秘密,比如它们旋转的速度和方向。他表示:"或许我们可以开始梳理一些信息,看看它们是否优先排列。"

此次升级使位于路易斯安那州利文斯顿的灵敏度最高的LIGO仪器的灵敏度又提高了40%。罗马国家核物理研究所物理学家、Virgo调试协调员Alessio Rocchi说,2017年,技术上的一些障碍阻止了另一台位于华盛顿州汉福德的LIGO干涉仪以及Virgo的工作,但如今它们已经赶了上来;特别是Virgo,其探测距离已经增加了一倍。

科学家表示,新启动的第三轮引力波探测比以往的灵敏度大大增强,LIGO和Virgo在接下来的一年将共同探测,从已知的各种来源中发现更多引力波,也有望探测到新的引力波事件,比如中子星和黑洞碰撞所发出的引力波。

与此同时,日本新建成的KAGRA引力波天文台的研究人员正在加紧调试他们的探测器,以便在2020年初加入这个网络。拥有第四个探测器将特别有助于以更高的精度定位宇宙中发生的事件。

引力波是一种"时空涟漪",如同石头丢进水里产生的波纹一样。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。LIGO的两个探测器2015年探测到了由双黑洞碰撞产生的引力波信号,这是人类历史上首次直接探测到引力波。此后,LIGO和Virgo又陆续探测到9次双黑洞碰撞产生的引力波信号。

2017年,多国科学家合作,第一次直接探测到来自两颗中子星碰撞产生的引力波。虽然科学家认为宇宙中也会有中子星和黑洞发生碰撞,但这种碰撞产生的引力波至今还未被探测到。(赵熙熙)

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