【402com永利1站】引力波天文台LIGO升级:未来每小时可探测黑洞合并

未来十年,引力波的观测频率将接近每小时一次。英国和美国的科研资助机构于今年2月14日宣布,从2023年开始,激光干涉仪引力波天文台(Laser
Interferometer Gravitational-Wave Observatory,
LIGO)将进行2015年以来最重大的一次技术升级。

美激光干涉仪引力波天文台将迎来重大升级

经过重大升级后,LIGO(激光干涉引力波天文台)和Virgo引力波探测器在短短一个月的观测中就有五个可能发生的事件:三个黑洞合并,一个在两个紧凑的中子星之间砸碎,并且在4月26日,中子星和黑色之间可能发生碰撞洞。如果得到证实,该观测将标志着新兴的引力波天文学领域的另一个第一次。

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图片来源:Victor de Schwanberg/Science Photo Library

图片来源:Victor de Schwanberg

“宇宙让我们保持警惕,”LIGO科学合作的首席发言人帕特里克布拉迪在一份声明中说。
“我们对4月26日的候选人特别好奇。不幸的是,信号相当弱。这就像是在忙碌的咖啡馆里听别人说一句话,说出这个词很难,甚至可以确定这个人一直在低声说话。这个候选人需要一些时间才能得出结论。“

美国国家科学基金会(US National Science Foundation)将为Advanced LIGO
Plus项目提供2040万美元的资金,而英国研究与创新部门(UK Research and
Innovation)则会提供1070万英镑(约合1370万美元)的资金,另外还有一小部分资金来自澳大利亚。LIGO位于华盛顿州和路易斯安那州的两个站点的升级将包括增加一个300米长的高真空光学共振腔(optical
cavity),用以产生理想的激光束——LIGO探测系统的核心。这将有助于科学家们调控激光的量子特性并减少噪声。

未来10年,发现引力波将成为几乎每个小时都会发生的事情。英国和美国资助机构日前宣布,从2023年左右开始,激光干涉仪引力波天文台将经历2015年以来最重要的一次升级。

激光干涉仪引力波天文台由加州理工学院和麻省理工学院运营。它由两个观测站组成,一个位于华盛顿州,另一个位于路易斯安那州,两个观测站都配有一对4公里的L形真空管。位于意大利比萨附近的欧洲引力观测台的处女座探测器的手臂稍短。

LIGO包括位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的两台L形干涉仪,每台干涉仪有两个长达4公里的臂。它从2002年开始运行至2010年,然后在经过大规模升级后于2015年重新启动。

402com永利1站,美国国家科学基金会为“先进LIGO+”项目贡献2040万美元经费,英国研究和创新部将另外提供1070万英镑,澳大利亚也将作出小幅贡献。对华盛顿州和路易斯安那州的两个LIGO地点进行的升级,将包括增加一个300米长的高真空光共振腔。这将帮助科学家在LIGO探测系统核心处操控激光的量子属性,并且减少噪音干扰。

沿着每个臂向下发射的激光束在镜子之间来回反弹,然后重新组合和分析。系统设置成使得来自一个真空管的光束的波峰与另一个真空管的波谷完全匹配,从而产生破坏性干涉。在没有可能影响光子行进距离的引力波或任何其他外部影响的情况下,每个真空管中的光在重新组合之前覆盖完全相同的距离。在这种情况下,探测器不会“看到”任何东西。

当年9月,LIGO首次探测到了两个黑洞合并产生的引力波。迄今为止,它已经观测到了十个黑洞合并事件,以及两个中子星合并事件(go.nature.com/2Uia2NT)。LIGO一直在进行定期升级,经过旨在提高其50%的灵敏度的升级后,即将重新开放运行。

LIGO包括两台分别位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的L形干涉仪,每台均拥有两个4公里长的干涉臂。它于2002—2010年首次运行,随后在大规模升级后于2015年重启。

但根据爱因斯坦的广义相对论,穿过地球的引力波将在一个方向上拉伸空间并在垂直方向上压缩它,有效地拉伸一个真空管中的镜子之间的空间,并在另一个真空管中略微收缩。

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