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LIGO天文臺又一次檢測到引力波信號，這樣就能確定黑洞位置
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作者:
中女情人
時間:
2017-10-2 06:29
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LIGO天文臺又一次檢測到引力波信號，這樣就能確定黑洞位置
天文學家稱，他們又一次檢測到了引力波信號--穿越宇宙的時空漣漪。這是美國激光幹涉引力波天文臺(LIGO)第四次檢測到這一現象。
去年初，LIGO設施首次檢測到了引力波信號，創造了歷史。盡管現在檢測引力波信號似乎已經成為常態，但是這次最新發現仍有獨特之處，因為它還被另外一個非LIGO天文臺檢測到。
黑洞合並產生引力波
LIGO由美國國家科學基金會出資建立，分別在華盛頓州和路易斯安那州建立了兩個專門用於檢測引力波的天文臺。但是，意大利還有一個由歐洲運營的天文臺Virgo，它幾乎與LIGO設施一模一樣。今年8月14日，在LIGO檢測到引力波的同時，Virgo也首次檢測到了引力波信號。這個信號來自10億光年外兩個黑洞的猛烈合並。此前偵測到的所有引力波信號也都源自黑洞的合並，但是這是首次有三個天文臺同時檢測到黑洞的合並。有關這次發現的論文將在《物理評論快報》上發表。
提高信號來源精度
三個天文臺同時檢測到引力波信號，對於人類更好的理解信號來源至關重要。借助三個天文臺檢測的信號，科學家們現在可以通過引力波信號穿過每個天文臺的時間，更精確地推算出它的位置。這就好比對地球上任何事物進行定位需要三個GPS衛星一樣。"這一次的定位精度要遠勝於以往，"Virgo發言人喬· 範登布蘭德(Jo van den Brand)表示。
引力波來源的定位對於後續觀測至關重要。現在，一旦引力波被檢測到，使用傳統光學或射電望遠鏡的科學家將知道把他們的觀測設備指向天空的哪個方向。由於這些引力波信號來自黑洞，所以不會產生任何光，因此後續觀測並未揭示任何結果。但是，如果LIGO與Virgo有朝一日碰巧檢測到了來自恒星合並產生的引力波信號，那麽其他天文學家可能就能使用其它望遠鏡發現引力波的來源。
Virgo天文臺
美國賓夕法尼亞州立大學和卡迪夫大學物理學家班加羅爾·薩亞普羅卡什(Bangalore Sathyaprakash)稱:"這真的為我們的同事指明了一個新方向"。薩亞普羅卡什參與了LIGO項目。對於引力波檢測領域來說，進入這一新階段是一次巨大飛躍，尤其是考慮到直到去年2月份人類才首次發現引力波，這一現象是愛因斯坦廣義相對論中最後一個尚未被證明的重要部分。20世紀初，愛因斯坦提出的廣義相對論顛覆了所有人對於物理學的構想，把空間和時間統稱為"時空"。愛因斯坦稱，物體--從行星到人--都會造成其周圍時空的扭曲。當這些物體移動時，它們就會產生時空中的"漣漪"，就像一艘移動的船只會在湖面產生漣漪一樣，這就是所謂的引力波。
然而，檢測到這些引力波是一個極其困難的過程。例如，一個人移動產生的漣漪實在太小，以至於無法在地球上檢測到。這就是科學家建立LIGO和Virgo天文臺的原因，後者能夠收集數百萬光年外巨大星體快速移動產生的巨大波動。這些設施將尋找黑洞或中子星之間進行的激烈合並。當這些星體合並時，它們會以極高速度相互繞轉，一秒內可以繞上好幾次，最終合並為一個質量更大的天體。這一過程將產生極為強烈的引力波信號，以光速向四面八方擴散。
這些引力波在向地球擴散過程中快速衰減，只能被最為精密的儀器偵測到。這時候，LIGO和Virgo天文臺就會派上用場。每個設施的外形都像字幕"L"一樣，擁有兩條長長的真空密封隧道，兩端放置了懸浮反射鏡。在兩道隧道的交匯處，一臺分體激光器分別向兩個鏡面發射激光。當引力波通過時，時空就會發生扭曲，激光的傳播距離就會出現輕微差異。科學家可以通過確定激光到達每個反光鏡的時間來檢測引力波的移動。激光路徑的變化非常微小:不到一個質子寬度的千分之一。
8月25日，LIGO完成了從2016年11月30日開始的最新一輪觀測周期，至少檢測到了三次引力波。精度略低於LIGO的Virgo觀測周期從8月1日開始，獲得了足夠的時間檢測到8月14日的這次黑洞合並。這兩個黑洞的質量分別是太陽質量的31倍、25倍，在距離地球18億光年之外的宇宙深處相互繞轉。最終，這兩個黑洞合並為一個質量為太陽53倍的黑洞。
這些黑洞極其龐大，遠超LIGO科學家在開始尋找引力波時的預期。不過，這是第三次當偵測到黑洞合並時，黑洞的質量遠超科學家預期。"這看起來非常普遍，"薩亞普羅卡什表示，"用不了多久，我們就能確定出這種事件發生的概率。"
三個天文臺同時檢測到引力波信號所能確定的黑洞位置精度，要比兩個LIGO天文臺檢測確定的位置高出20多倍。而且，這不但提高了信號位置的精度，還能讓科學家們更好地了解引力波。三個天文臺將有助於科學家更為精確地檢測引力波在傳播時延伸和壓縮的角度。這些移動將會讓科學家深入了解產生引力波信號的天體，例如，當它們在相互繞轉時，其轉動平面與地球觀測視線之間的角度。
現在，在檢測到四次黑洞合並後，天文學界正急於知道LIGO是否能檢測到中子星的合並，或者中子星與黑洞合並。但是目前，LIGO科學家還保持沈默。"我們會在適當時候討論這一話題，"薩亞普羅卡什稱，他指出，科學家們依舊在評估他們收集的數據。
目前，三個天文臺全都暫停了觀測任務。在此期間，Virgo和LIGO科學家將努力讓他們的檢測變得更為精準。Virgo和LIGO將在2018年秋天恢復工作。一旦它們恢復觀測，天文學家們希望它們能夠檢測到更多引力波。"在精度獲得進一步提升後，我認為我們每年將能夠檢測到數十次這樣的事件，"薩亞普羅卡什表示，"這將是一個令人激動的時代。"
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