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NASA科学家协助LIGO实现第三次引力波观测


2017/6/3  编辑:admin 来源:本站整理   

大约30亿年前, 一对互相绕转的黑洞相撞, 并合产生了一个约49倍太阳质量的黑洞。 该碰撞释放出的强烈引力波信号于美国(美利坚和众国)东部时间2017年1月4日上午5点12分的几秒之前抵达地球, 并且被地面上LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 激光干涉引力波天文台)位于华盛顿的Hanford和路易斯安那的Livingston的两个探测器同一个时间探测到。

这一次的引力波事件根据记录日期被命名为GW170104, 它是LIGO探测到的第三次引力波事件。 这场黑洞的并合事件发生就在距离我们我自己30亿光年的地方, 是前两次观测到的黑洞并合事件的两倍远。

包括NASA科学家就在内的国际研究团体“LIGO科学合作组织(LSC)”就在6月1日发表就在《物理评论快报》的一篇就在线文章中公布了这一发现。

“就在LIGO探测到此次的黑洞之前, 我们我自己并不知道有高于20倍太阳质量的恒星级质量黑洞的存就在, 而这一次的发现让我们我自己进一步证明它们确实是存就在的。 ” 麻省理工学院教授、LSC发言人David Shoemaker称, “就在距离我们我自己数十亿光年的宇宙深处, 这些发生就在数十亿年前的奇特事件可以能够被人们整理成一个故事, 并且去检验它, 这是十分了不起的。 ”

上面的视频展示了类似于GW170104的引力波事件中, 两个质量相近的黑洞(图中黑色球体)绕转到一起并合时释放出的引力波。 黑洞附近的黄色结构展示了该区域强烈的时空弯曲。 橘色的涟漪代表了大质量物体绕轨道快速运行造成的时空畸变。 这些畸变向周围扩散并会一直不断减弱, 最后形成了引力波(紫色部分)。 该模拟就在NASA的Ames研究中心的昴星团超级电脑计算机(Pleiades supercomputer)上来进行。
图片PHOTO来源:NASA, Bernard J. Kelly(戈达德太空飞行中心, 马里兰大学巴尔的摩分校), Chris Henze(Ames研究中心), Tim Sandstrom(CSC公司)

就在2015年的9月和12月, LIGO探测到第一次黑洞并合事件。 就在这三次事件中, 黑洞并合的一瞬间以引力波形式释放出的能量要比整个可观测宇宙中任一时刻所有恒星以光的形式释放的能量总和还要多。

“就在LIGO的成功观测之前, 我们我自己对于宇宙的一切了解都借助于光, ”阿拉巴马州马歇尔太空飞行中心LIGO研究小组的项目负责人Tyson Littenberg表示, “而如今, 引力波观测成为了我们我自己研究宇宙中奇异物体和剧烈事件又一至关重要的手段。 ”

Tyson Littenberg对该项目的贡献推动了信号处理技术登峰造极。 他所就在的团队研发了一套复杂的算法, 来准确解析几乎不可测量的信号——尺度比原子核还要小1000倍的扰动。 他还协助开发并运行大规模的数值模拟, 以确定LIGO对不同引力波信号的灵敏度。

Tyson Littenberg称:“LIGO的成功离不开全球各地一千多位科学家和工程师的努力和坚定支持。 无论是就在科学上还是技术上, 引力波探测都是一项极具挑战性的工作, 并且我们我自己才就在刚才现在开始从中获益。 ”

NASA研究者对利用轨道天文台探测并合活动系列产生的高能光线同样十分感兴趣。 结合并合事件产生的引力波信号和X射线或伽马射线信号, 将提供给科学家们有关联这些事件的最大量的信息。 虽然通常认为双黑洞系统system的并合不产生电磁信号, 但理论家已经提出了某些可以能够产生电磁信号的奇特系统system。 并且, 当黑洞与其他类型天体, 如中子星并合时, 会产生高能耀斑。

LIGO所发现的黑洞质量比只用X射线的研究所探测到的黑洞(紫色)质量大得多。 LIGO已确认的三次引力波事件(GW150914, GW151226和GW170104)以及一次较低置信度的探测(疑似引力波事件LVT151012)均表明, 恒星级质量的双黑洞系统system一旦并合, 其并合形成的黑洞的质量大于20倍太阳质量。
图片PHOTO来源:LIGO/加州理工学院/索诺马州(Aurore Simonnet)

NASA戈达德太空飞行中心LIGO研究小组的博士后研究员Tito Dal Canton称:“我们我自己正就在会一直不断改良技术, 以缩小寻找与引力波事件相关的耀斑所需的航天器搜索的天空范围。 ”Tito Dal Canton协助研发了用来从此次事件中证认引力波信号的算法。

天文学家有请求需要结合地基和空间天文台以充分利用引力波这个新的观测宇宙的窗口。 NASA正与ESA(欧洲航天局)紧力合作, 发展引力波空间探测。 并且NASA也曾为ESA的“LISA探路者”探测器任务贡献一臂之力, 该探测器具备引力波空间探测所需的关键技术。

“LIGO正就在揭开一些恒星级质量黑洞的奥秘面纱, 这些黑洞比之前所探测到的黑洞质量要大得多。 ”戈达德太空飞行中心LIGO研究团队的主研究员Jordan Camp称, “然而未知的是, 这些质量更大的黑洞是怎么才能形成的, 并且这些黑洞之间为何会运行到如此之近, 使我们我自己可以能够频繁地探测到黑洞的并合活动系列。 ”

LIGO由国家科学基金会(NSF)资助, 由麻省理工学院和加州理工学院管理, 是他们构思并建造了该工程。 aLIGO(advanced LIGO)项目的财务支持由NSF领导, 德国(马克斯•普朗克科学促进协会)、英国(科技设备委员会)和澳大利亚(澳大利亚研究委员会)均对该项目做出了严重承诺和贡献。 来自世界各地的1000多名科学家可以通过包括GEO协作就在内的LIGO科学协作组织(LSC)参与了这项工作。 LIGO与包含280多位欧洲科学家的Virgo(室女座引力波探测器)科学组织合作, 该合作由法国国家科研中心(CNRS)、意大利国家核物理研究院(INFN)、荷兰全国核物理和高能物理研究所(Nikhef), 以及Virgo的主办机构欧洲引力波天文台支持。

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