2016 年,一支龐大的國際團隊創造了歷史,他們宣布有史以來第一次證實了-時空結構中的漣漪來自兩人的碰撞。
現在天文學取得了飛躍,不再使用兩個探測器,而是使用三個探測器來探測兩個黑洞之間的碰撞,從而大大提高了精度,提高了約10 倍,天文學家可以用它來精確定位波的來源。
這次碰撞發生在距離銀河系約 18 億光年的星系中,兩個質量分別約為太陽質量 31 和 25 倍的黑洞之間。單人這次碰撞產生的質量約為太陽質量的53倍。
這是使用三個探測器進行的第一次觀測,也是更新後的第一次觀測高級處女座義大利探測器,與光達位於美國路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德的兩個探測器。
第一個在時空結構中偵測到的漣漪是兩個黑洞碰撞產生的引力衝擊波。這是一件大事——證實了愛因斯坦在他的理論中最後剩下的主要預測。
正如射電望遠鏡能夠探測光學望遠鏡看不見的宇宙中的物體和事件一樣,重力波天文學正在成為發現我們甚至不知道存在的事物的新方法。
自 2016 年首次發布以來,LIGO 已來自黑洞碰撞。這是第四次新公告。
Advanced Virgo 於 8 月 1 日加入 LIGO 進行觀測,這是其首次觀測。檢測是在8月14日進行的。
這也標誌著科學家第一次能夠測量重力波的偏振,或者它們在三個維度上扭曲時空的方式。
「隨著我們增加國際重力波網路中的觀測站數量,我們不僅改善了源位置,而且還恢復了改進的偏振信息,這些信息提供了有關軌道物體方向的更好信息,並能夠對愛因斯坦理論進行新的測試,”LIGO 的 Fred Raab 說道。
3 個探測器網路讓我們開始檢查是否#GW170814極化匹配#廣義相對論預測。至此愛因斯坦通過測驗了!pic.twitter.com/9t4beLy9gE
— LIGO (@LIGO)2017 年 9 月 27 日
雖然這對所有參與者來說都是一項了不起的成就,但根據謠言八月流通我們預計合併將發生在中子星之間,但這可能更難檢測到。
中子星是超大質量恆星生命週期結束時可能發生的事情之一。核心塌陷,將質子和電子擠壓成中子。中微子會逸出,但中子卻極為密集地堆積在直徑僅 10 至 20 公里(6 至 12 英里)的核心中。
如果這個核心小於大約三個恆星質量,那麼這個密度的壓力支持。如果核心更大,它就會塌縮成黑洞。
由於黑洞吸收光,因此無法直接觀察到它們。我們根據它們周圍空間的反應來推斷它們的存在。
另一方面,中子星能量很高,發出大量的光。這意味著如果我們在正確的時間觀察正確的地點,我們可以獲得重力波源的真實光學證據。
我們實際上可以看到這些衝擊波在宇宙中傳播時的樣子。
令人驚訝的是,它們比我們之前地球干涉儀偵測到的黑洞碰撞要小得多——大約是質量的 10-20%。這意味著它們將更加難以被發現。
事實上,我們可能要等到雷射干涉儀空間天線或 LISA 將於 2034 年上線,這是一種基於探路者技術性能的天基干涉儀,其精度將比 LIGO 高出至少五倍。
同時,Virgo 和 LIGO 計劃繼續合作,下一次觀測運行計劃於 2018 年第三季開始。
以下是我們的即時博客,其中包含有關這一發現的新聞公告的更新:
中午 12:15(美國東部時間):距離發表會開始還有15分鐘!還有人超興奮嗎?儘管現在是澳洲雪梨凌晨 2 點多,但我們還是非常興奮。在我們等待新聞發布會開始的同時,這裡有一些更多背景知識,說明為什麼中子星重力波探測如此重要。
自 2016 年首次發布以來,LIGO 已來自黑洞碰撞。今年早些時候,LIGO 和另一個重力波探測器 VIRGO 一起進行了觀測,從而實現了更精確的訊號三角測量。
如果他們現在已經實現了對中子星合併產生的引力波的探測,這意味著我們不僅可以對這種類型的宇宙碰撞有新的了解,而且這也將是我們第一次探測到這種特殊類型的重力波——重力波天文學新時代的另一個突破。
中午 12:30(美國東部時間):公告開始啦!我們正在看網路直播來自義大利都靈 Reggia di Venaria 媒體中心的 G7 Science 現場直播。
中午 12:32(美國東部時間):事實上,我們還在等待直播開始。我們希望他們沒有忘記我們!
中午 12:37(美國東部時間):雖然還沒有直播,但是本新聞稿剛剛在 LIGO 網站上上線。
「LIGO 科學合作組織和 Virgo 合作組織報告了 LIGO 和 Virgo 探測器首次聯合探測到重力波。這是第四次宣布探測到雙黑洞系統,也是 Virgo 探測器記錄的第一個重要重力波訊號,並強調了重力波探測器三探測器網路的科學潛力。
看起來我們沒有中子星。
中午 12:40(美國東部時間):我們有直播!
中午 12:42(美國東部時間):美國國家科學基金會主任弗朗斯·科爾多瓦正在發言。
中午 12:43(美國東部時間):此事件根據偵測到的日期命名為 GW 170814。這是首次使用三個探測器進行的探測——兩個 LIGO 探測器和一個 Virgo 探測器。
中午 12:45(美國東部時間):Virgo 合作代言人 Jo van den Brand 正在發言。
中午 12:46(美國東部時間):重力波訊號首先到達LIGO利文斯頓探測器;六毫秒後,它到達漢福德探測器;又過了六毫秒,它到達了處女座探測器。使用三個探測器使研究團隊能夠更準確地定位波源。
下面來看一下這個三點檢測的數據。
喬范登品牌:#GW170814已經旅行了近20億年。來自 2 的合併#黑洞。
— LIGO (@LIGO)2017 年 9 月 27 日
中午 12:50(美國東部時間):我們現在收到 Virgo Collaboration 資深科學家 Frédérique Marion 的來信。她的專長是數據分析。
Virgo 與兩個 LIGO 探測器的排列略有不同。這種差異使研究小組能夠了解重力波極化,即三個空間維度中時空的扭曲。
GW 170814的極化與愛因斯坦的廣義相對論一致,這是我們第一次能夠做出這項確認。
中午 12:55(美國東部時間):LIGO 科學合作組織發言人 David Shoemaker 現在正在解釋如何使用三個探測器讓科學家對重力波源的位置進行三角測量。
中午 12:57(美國東部時間):下一次觀測活動將在大約一年後開始。
「對於 Virgo、LIGO、Virgo-LIGO 網路、重力波天文學以及我們現在可以透過重力波和電磁輻射共同實現的更大天文環境來說,未來都是非常光明的。”
下午 1:00(美國東部時間):我們現在收到 Virgo Collaboration 高級 Virgo 專案負責人 Giovanni Losurdo 的來信。
「就像伽利略一樣,人類有了一個新的儀器來仰望天空。每次我們使用一個新儀器,就會有一個新的知識前景,我們提供的知識,可以激發想像力和直覺的知識。」年輕人的,可以為成千上萬的人帶來改變,從而改變整個科學。
下午 1:06(美國東部時間):這張圖顯示了只需再增加一個探測器就可以更好地改善重力波源的位置:
LIGO/處女座
寬闊的條紋顯示了先前碰撞的精確區域。左下角的綠色小斑點是 GW 170814 的起源地。驚人的!
下午 1:08(美國東部時間):在我們等待的同時,這裡有一些有關實際碰撞的更多資訊:
「偵測到的重力波——空間和時間的漣漪——是在兩個質量分別約為太陽質量31和25倍、距離約18億光年的黑洞合併的最後時刻發出的。
「新產生的旋轉黑洞的質量約為太陽的 53 倍,這意味著在合併過程中大約有 3 個太陽質量轉化為重力波能。”
下午 1:09(美國東部時間):我們還來不及聽提問時間,直播就結束了。
我們必須承認,我們對沒有真正看到兩顆中子星之間的碰撞感到有點失望,但這個消息仍然令人難以置信地令人興奮。
舒梅克說,透過 Virgo 和 LIGO 的合作,我們或許能夠每週進行一次這樣的檢測!