
5月24日,激光干涉仪重力波天文台(Ligo)的科学家开始了18个月的运动,以检测有史以来观察到的黑洞和中子星之间最遥远的碰撞。
“我们非常兴奋。”迈克尔·兰德里(Michael Landry)Ligo Hanford天文台负责人。
多亏了升级,Ligo的探测器现在非常敏感,以至于可以测量引力波 - 时空的结构首先由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)预测- 从地球超过50亿光年的星系中碰撞的黑洞发出。
对引力波的追捕将扩展到全球的努力。在竞选的后期,Ligo在华盛顿汉福德的两个美国设施和路易斯安那州利文斯顿将由意大利的处女座探测器和日本的Kamioka引力波检测器(Kagra)加入。
研究黑洞人口
黑洞在时空中是无底的凹坑,重力变得如此强大以至于甚至没有光无法逃脱。就像行星可以绕星星绕,星星可以在其他恒星周围移动一样,黑洞可以彼此圈出。
Ligo Hanford的参谋科学家Sheila Dwyer说:“一个黑洞扭曲了时空,当它们互相绕圈时,它们会在时空产生涟漪。”
这些涟漪或引力波从两个黑色的孔中携带能量和角动量,使它们彼此之间越来越紧密,直到它们最终在宇宙中最有活力的事件之一中碰撞。
2015年9月,Ligo检测到有史以来第一个引力波。
兰德里说:“我一生都会记得那天。这是一个很好的时刻。”
波浪是由两个黑洞发出的,质量大约是太阳的30倍。这些宇宙怪物以近一半的光速坠落,距离地球超过10亿光年。
Ligo通过观察悬挂在两个长隧道末端的镜子的微小位移来检测到通过这种碰撞发出的引力波。当重力波穿过Ligo的设施时,镜子的位置移动小于质子的大小。可以借助从镜子反弹的激光束的帮助来测量这种微小的位移。
兰德里告诉《现场科学》:“镜子必须比我们站在汉福德的地面高100亿倍。” “这是一个非常困难的实验,达到这个目标是其中最困难的部分之一。”
经过数十年的努力克服技术挑战,Ligo背后的主要建筑师 - Kip Thorne,Rainer Weiss和Barry C. Barish-是2017年授予诺贝尔物理奖对于第一个重力波检测。
自从最初的检测以来,Ligo和处女座观察到了90个通过碰撞黑洞或中子星的引力事件,它们是在超新星中爆炸的巨大恒星的高度紧凑的残留物。
得益于升级的仪器,即将进行更多的检测。兰德里说:“我们将在这一长达18个月的比赛中获得数百个活动。”
得益于这些探测,天文学家不仅可以研究单个黑洞对,而且可以研究整个对这些对的人群。
兰德里解释说:“我们将能够固定这些二进制黑洞的起源。” “黑洞的二进制文件是否来自两颗恒星,然后通过两个连续的超新星生活?还是它们是彼此捕获的对象?”
2017年,Ligo检测到两个中子星的特殊碰撞。 Ligo和处女座检测到碰撞的重力波,而地球周围的望远镜观察到电磁辐射。这是第一次从同一来源同时观察到引力波和电磁辐射。使用这些观察,研究人员可以研究中子恒星如何碰撞形成一种宇宙核实验室,在该实验室中产生了比铁更重的元素。
对于即将进行的观察,可以检测到新的来源。兰德里说:“这种观察是我们最好的机会,可以看到新的引力波来源,例如我们银河系中的孤立的中子星。” “它将产生一个连续的引力信号,该信号是实验生命周期的连续引力信号。如果我们发现这将是巨大的。”
升级的Ligo
5月18日,Ligo给科学家提供了新升级的可能性,当它检测到可能是一个可能是中子星和黑洞之间的碰撞。即使Ligo的设施是在所谓的“工程运行”中,也会发生这种检测,这意味着在观察开始之前,Ligo的工程师仍然可以对乐器设置进行调整。
在接下来的几个月中,Ligo预计每周至少要衡量一个碰撞黑洞和中子星的事件。未来在本十年末的升级将使Ligo每天都能观察到一些这样的事件。最近,印度内阁批准在印度建造重力波检测器。
兰德里说:“随着2030年代初期加入Ligo印度,我们将在全球范围内有五个观测站,这将是很棒的。”
还计划了新型的观测站 - 宇宙探险家在美国和爱因斯坦望远镜在欧洲 - 这有望发现更遥远的黑洞合并。
希拉·德威尔(Sheila Dwyer)说:“如果探测器更敏感10倍,我们可以回顾第一恒星,并看到宇宙历史上所有恒星的黑洞合并。” “这有点令人震惊。”