诺奖前夕,第四次引力波事件确认!

作者: 雾里熊

来源: DeepTech深科技

发布日期: 2017-09-30 10:34:14

美国的两处LIGO和欧洲的Virgo天文台联合宣布,他们又一次探测到了由两个黑洞融合形成的引力波。本次进展最大的亮点在于通过三点定位原理观测引力波的方法要比以往的观测手段在精度上提升10倍。

在距离诺贝尔奖揭晓不到一周的时间点,曾被视作摘奖热门的引力波发现又取得了突破性的进展,美国的两处LIGO(激光干涉引力波天文台)和欧洲的Virgo天文台联合宣布,他们又一次探测到了由两个黑洞融合形成的引力波。本次进展最大的亮点在于通过三点定位原理观测引力波的方法要比以往的观测手段在精度上提升10倍。

作为由美国国家自然科学基金会所资助的科研项目,两座激光干涉引力波天文台(Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory, LIGO)分别部署于相距3000公里的美国南海岸Livingston和美国西北海岸Hanford,其是借助于激光干涉仪来完成对引力波的探测。

目前,人类已经分别在2015年9月、2015年12月和2017年1月4日完成了三次引力波的观测,而今天的这次探测则是第四次。不过,与前三次所不同的是,这一次的探测中多了一个新的面孔——位于意大利的Virgo观测台。今年8月14日,Virgo第一次监测到了由十多亿光年外的双黑洞融合所产生的引力波信号,这也是位于美国和意大利的三处天文台首次同时观测到这种黑洞融合现象。

有关这次发现引力波的论文已经提交至《物理评论快报》(Physical Review Letters)。那么三处天文台同时发现引力波意味着什么?其实可以简单的和三角定位法做类比,由于三处天文台接收到信号的存在时间差,它们同时探测到引力波将有助于更好的为定位信号的来源。“这次探测引力波的精度远高于前三次!”意大利Virgo天文台发言人Jo van den Brand表示。

了解引力波信号来源对后续观测具有非常重要的意义。因为传统的光学及无线电天文望远镜经常会随机对着茫茫苍穹发射信号,但如果观测方位相对明确,这类望远镜可在发现引力波后的第一时间对准信号来源的方向进行观测。

“随着Virgo的加入,我们进入了一个‘多信息天文学’(multi-messenger astronomy)的全新时代,”LIGO团队研究员、卡迪夫大学物理学家Bangalore Sathyaprakash表示。“这为我们的研究打开了一个全新的方向。”的确,从人类首次探测到引力波后,该领域相关研究已经往前迈进了一大步,并进入了全新阶段。众所周知,引力波是爱因斯坦广义相对论最后一块未解之谜。

广义相对论认为,大到天体,小到人类本身,在它们运动时,都会使周围的时空产生涟漪。在抵达地球的过程中,这些波会显著衰减,不过,通过使用类似LIGO和Virgo这样最敏感的仪器,我们仍然有希望检测到它们。LIGO装置的大致原理是两条长度相同的探测臂呈L型放置,而在两臂的末端放置一面镜子来反射激光。在正常情况下,两条长臂应该是完全等长的,因此激光束在两条长臂中传播所花费的时间是一样的。

然而一旦有引力波穿过探测器,时空的扭曲会导致一个方向上的长臂长度就会被压缩,而在另一个方向上的长臂则会被拉伸,从而导致两束激光束传播的时间长度出现差异,当它们反射回来并汇合时,就会出现干涉条纹。科学家们通过这种干涉效应来测量长臂所出现的任何极其细微的空间变化。LIGO的观测能力较好,迄今为止已经完成了3次观测。而Virgo的敏感度则略低于LIGO。

他们于今年8月1日开始进行观察,并在8月14日观测到黑洞融合事件。此次融合中,一个黑洞质量约为太阳的31倍,另一个则是25倍,在距离18亿光年的地方彼此环绕旋转。现在,有了新的观测台的加入,三个观测站能够更精确地定位黑洞的位置,这比仅靠两个LIGO天文台时的准确度高了10倍以上。

当然,这三个观测台并不仅仅是能让天文学家更好地找到这些信号发出的位置,它们还能更好帮助研究人员更精确地测量引力波穿越时空时伸展和压缩的角度。与此同时,这三个观测台正在从“扫描宇宙”的重任中抽身“休息”。在停机期间,Virgo和LIGO的科学家们将努力提高观测站的灵敏度。LIGO和Virgo也将在2018年秋天开始新的观测,一旦这些观测活动开始进行,天文学家们将有望观测到更多的引力波现象。

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