人类第一次直接探测到引力波。光传播的时空波动。
时间:2019-03-12 07:29:38 来源:青州新闻网 作者:匿名
这次探测到的引力波是在合并最后阶段13亿光年之外的两个黑洞产生的。两个黑洞的初始质量是29个太阳和36个太阳,它们合并成一个黑洞,其高速旋转为太阳质量的62倍。质量损失以强大的引力波的形式释放到空间中。经过13亿年的旅行,终于抵达地球,被美国激光干涉引力波天文台(LIGO)的两个双引力波探测器探测到。 由两个探测器记录的波形 检测到的引力波信号具有35Hz的初始频率,然后迅速上升到250Hz,最后变得无序并消失,整个过程仅持续四分之一秒。利文斯顿的探测器比汉福德的探测器早7毫秒检测到。这个时间差表明引力波来自南方的天空。 什么是引力波? 在物理学中,引力波是一种以爱因斯坦广义相对论预测的光速传播的时空波动。就像抛入水中的石头所产生的涟漪一样,引力波被认为是宇宙中的“时间和空间”。通常引力波很难产生。地球以每秒30公里的速度绕太阳运行。引力波功率仅为200瓦,不如家用电饭煲强大。宇宙中大质量天体的加速,碰撞和合并可形成强大的引力波,但这种强引力波的来源远离地球,并在传播到地球时变得非常微弱。 根据广义相对论,二元系统以引力波的形式失去能量,轨道周期每年缩短76.5微秒。 1974年,物理学家Joseph Hooton Taylor(Jr)和Russell Alan Hulse发现了一个编号为PSRB1913 16的脉冲星,他们发现这是一个二元系统。伴星也是一颗中子星。根据广义相对论,二元系统以引力波的形式失去能量。轨道周期每年缩短76.5微秒,轨道的半长轴每年减少3.5米。预计在大约3亿年后合并。自1974年以来,泰勒和地狱已经观察了这个二元系统的轨道很长一段时间,并且广义相对论预测的观测和值非常一致,这间接证明了引力波的存在。泰勒和赫尔斯在1993年的这项工作中也获得了诺贝尔物理学奖。 共振引力波探测器 韦伯教授正在调试他的引力波探测器(1965年) 在20世纪60年代,马里兰大学的物理学家Joseph Weber首先提出了一种共振引力波探测器。探测器由一个直径为1米,长度为2米,质量约为1000千克的多层铝制圆筒组成。它被细丝悬浮。当引力波穿过气缸时,气缸谐振并且可以由安装在气缸周围的压电传感器检测。韦伯曾经将相同的探测器放置在相隔1000公里的两个位置,只有两个探测器同时检测到相同的信号。 1968年,韦伯宣称他已经探测到引力波,这引起了学术界的轰动,但后来的重复实验却一无所获。 激光干涉引力波探测器 两个双引力波探测器位于华盛顿和路易斯安那州利文斯顿的汉福德(左)3000公里处。 在20世纪70年代,加州理工学院物理学家Rainer Weiss和其他人意识到使用激光干涉来探测引力波的可能性。引力波的检测需要对仪器具有非常高的灵敏度,并且必须能够在1000米的距离处感测10 ^ -18米的变化,这相当于质子直径的千分之一。直到20世纪90年代,这种高灵敏度所需的技术条件逐渐成熟。 1991年,麻省理工学院和加州理工学院在美国国家科学基金会(NSF)的支持下,开始联合建立激光干涉引力波观测台(LIGO)。 LIGO的主要部分是两个相互垂直的干涉臂,臂长为4000米。在两个臂的交叉处,从激光源发出的光束分别被分成两个空心圆柱体,它们彼此垂直并保持在超真空状态,然后被镜子反射。终端回到原始起点,发生干扰。如果引力波通过,它将导致时间和空间的变形。一只手臂的长度稍长,另一只手臂的长度会略微缩短。这将导致光程差异改变,因此激光干涉条纹将相应地改变。 。这两个双引力波探测器距华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿仅3000公里。只有当两个探测器同时检测到相同的信号时,才有可能引力波。 LIGO最初于1999年完工,并于2002年开始运营。 2007年,LIGO进行了升级,包括使用更高功率的激光器以进一步减少振动。升级后的LIGO称为“增强型LIGO”。 2009年7月,增强型LIGO开始运行至2010年10月底。 在2002年至2010年期间,LIGO未能发现引力波存在的可靠证据。 汉福德地区LIGO天文台的北臂 2010年,LIGO进行了为期五年的重大升级,转换后探测器的灵敏度要求提高了10倍。它被称为“高级LIGO”。 2015年9月18日,先进的LIGO开始试运行。据报道,此时检测到的引力波是LIGO在2015年9月14日升级前检测到的信号。 目前主流的引力波探测器基于迈克尔逊干涉仪的原理。除了美国的LIGO引力波探测器之外,还有德国和英国合作的GEO600,法国和意大利合作的VIRGO,日本的TAMA300,计划的LCGT,澳大利亚的AIGO,以及印度的计划。 LIGO印度。 PTA,LISA(eLISA)和LIGO(aLIGO)分别检测不同频率的引力波以形成互补关系。 地面探测器探测频率范围为1 Hz至10 ^ 4 Hz的引力波。除了地面引力波探测器外,科学家们还积极准备“激光干涉空间引力波天线”(LISA/eLISA)。理论上,eLISA检测的引力波频率范围为10 ^ -5 Hz至1 Hz。 值得一提的是,科学家们还在使用称为Pulsar定时阵列(PTA)的射电天文学方法来检测较低频率(Nahz)的引力波。 PTA和eLISA,LIGO在检测频率上形成互补关系。引力波探测的意义何在? 引力波天文学将成为人类在传统电磁天文学,宇宙射线天文学和中微子天文学之后理解宇宙的新窗口,这将不可避免地导致天文学的革命。 除了能够测试广义相对论之外,引力波检测还有助于证明其他版本的引力理论的正确性。它还将促进力量诱导的研究,并最终将重力融入其他三个基本的相互作用,以完成爱因斯坦的伟大梦想。 引力波携带能量和信息像其他波浪一样。电磁波(宇宙背景微波辐射)只能向我们展示38万年后大爆炸后的场景,引力波可以让我们回顾大爆炸的第一时刻,并测试大爆炸的理论是否正确或不。 手机访问上海本地宝藏之家

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