大型激光引力波观测设施建设:捕捉空间涟漪

时间:2014-09-16 09:33来源:新浪科技作者:liuli 点击:
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摘要:据英国广播公司(BBC)网站报道, 科学家们近日表示,技术更加先进的新一代LIGO设备,一把搜寻引力波踪迹的 激光 量天尺正在以极快的速度推进建设。   

关键字:激光,激光引力波,空间涟漪

第一代LIGO设施在长达10年的运行期间未能检测到引力波的任何信号

  第一代LIGO设施在长达10年的运行期间未能检测到引力波的任何信号

引力波被认为源自一些非常高能的事件,如两颗中子星的相互融合

  引力波被认为源自一些非常高能的事件,如两颗中子星的相互融合

  据英国广播公司(BBC)网站报道, 科学家们近日表示,技术更加先进的新一代LIGO设备,一把搜寻引力波踪迹的激光量天尺正在以极快的速度推进建设。

  第一代的LIGO设施在2001年至2010年期间运行,但它的观测结果为零。在过去的4年间,科学家们设计了更加灵敏的探测器,并在今年6月份达到完全成型,时间节点上早于预定计划。

  研究组报告称这一新的设备目前在灵敏度上已经要高出原有设备30%以上,并计划于2015年夏季开始进行观测工作。LIGO是“激光干涉引力波天文台”的英文缩写,它位于美国境内的两处地点,一处是在路易斯安那州的利文斯顿,另一处则是在华盛顿州的汉福德。

  空间的涟漪

  在英国科学节活动期间,英国伯明翰大学物理与天文学院教授安德里亚斯·弗里斯(Andreas Freise)表示:“在6月份,我们达到了这一水准,我们将其称作‘锁定’,这也就意味着全系统开机并进行了短时间运行,大约10分钟左右,在此期间按照科学观测模式进行了运行。”

  引力波是存在于时空之中的涟漪,它穿过宇宙空间,就像地震之后声波四处扩散。

  只是对于引力波来说,它的“震源”都是一些非常高能的事件,比如超新星爆发(死亡恒星的爆炸),快速自转的中子星(非常致密的大质量恒星体残骸),亦或是黑洞或中子星之间由于轨道非常接近而最终导致的相互碰撞事件等等。

  借助LIGO设备目前所具备的的精确程度,这台干涉仪应当可以探测到发生在距离地球大约27Mpc,即大约8800万光年范围内来自中子星或黑洞双星系统产生的引力波信号。

  目前研究组仍在致力于改进该系统精密的光学系统和探测设备,以便逐渐提升其观测精确度。弗里斯教授表示:“我们的观测目标可以远在200Mpc之外,这要比之前的一代设备提升10倍以上。”

  将观测距离提升10倍,意味着LIGO设备将可以扫描比第一代设备大1000倍的宇宙空间。

  同样来自伯明翰大学物理与天文学院的阿尔伯特·维切奥(Alberto Vecchio)教授表示:“先进LIGO设施在观测空间上将比前一代提升1000倍,在这样大的空间范围内,我们预期应当可以观测到引力波的信号。”

  LIGO设施的运行原理是发射一束强大的激光束进入一个分束器,在那里激光束会被一分为二,每一束激光都会被导入一个长度为4公里的相互垂直的隧道。在每个隧道的顶部都有一台反射器,将入射的激光束反射回去,最终在两个隧道的交汇口重新结合。由于这两道隧道的长度是相同的,因此当两束激光重新结合时应该是不会显示任何变化的。但如果有引力波穿过地球,那么情况就会发生变化。

  维切奥教授表示:“当引力波抵达地球,它会导致时空的扭曲,尤其是,它会导致两台反射镜之间的距离发生改变。在4公里的距离上,一道较强的引力波可能会造成小于一个原子核大小千分之一尺度上的变化。”这种反射镜面距离上发生的极细微变化将在激光干涉中呈现差异,从而被科学家们观测到。

  意义深远的观测

  2000年以来,英国伯明翰大学的科学家团队便开始涉足这一项目,领导了相关技术与硬件的开发研制,并参与研发分析数据所需要的一些专业工具。

  相较于第一代的LIGO设施,新一代的先进LIGO天文台主要采用了升级版的反射镜悬挂系统,使其尽可能的保持稳定,另外还采用了更加强大的激光,当然整体设施也改进了更加先进的光学系统,以便适应更加强大的激光器

  尽管第一代LIGO设备在长达10年的运行期间并未能探测到任何信号,但研究组认为在经过这一轮升级之后,先进LIGO设备将应当可以在其运行寿命期间至少探测到一次引力波信号。

  维切奥教授认为,对此最悲观的估计可能是在大约5年的时间内这台设备仅探测到一次信号。他说:“合理的预测认为每年我们都应当可以探测到数次引力波事件,甚至还有乐观主义者认为我们每年应该可以探测到成百上千次的这类事件。”

  LIGO设施的探测结果将构成对其他实验设施,如南极望远镜Bicep2以及普朗克实验等的重要补充,而不是竞争。这是因为它的工作波段要比其他实验短得多。

  从科学的角度来说,真正探测到引力波的意义将是非常深远的。弗里斯教授表示:“这主要有两个方面,其中之一是检验有关引力的理论,但我认为其更加有趣的方面是对天文学的影响。我们到这里就进入到了未知的领域,或许我们探测到的新信号会告诉天文学界的很多人说你们错了。那正是我在努力做的事情。”

【光粒网综合报道】( 责任编辑:光粒网 )
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