LIGO開始第三輪探測運行:或新發現兩個引力波信號

  LIGO 由兩個相距約 3000 公里的巨型探測器組成,一個位於路易斯安那州的利文斯頓,另一個位於華盛頓州的漢福德(如圖)

  北京時間 4 月 22 日消息,據國外媒體報道,在升級之後第三個觀測周期的兩周內,激光干涉引力波天文台(LIGO)和位於意大利的室女座干涉儀(Virgo)探測到了兩個可能的引力波信號。這兩個信號被認為來自同一對黑洞的合併。引力波是由劇烈天文事件導致的時空漣漪,最初由愛因斯坦的廣義相對論所預言。

在華盛頓州的漢福德,LIGO 工程師正在準備先進 LIGO(Advanced LIGO)的第三次觀測運行

  4 月 8 日,LIGO 在其首次公開預警中宣布發現了第一個新的引力波信號,隨後又在 4 月 12 日發布了第二個預警。這兩個引力波事件很可能源自兩個黑洞的碰撞。2015 年 9 月,LIGO 首次探測到了引力波,並在 2016 年 2 月宣布了這一發現。在接下來的三年裡,科學家們又探測到了十多個引力波信號。隨着 LIGO 和 Virgo 的升級完成,科學家希望最多時能每周探測到一個以上的引力波信號。到目前為止,探測結果符合這一預期。新一輪觀測周期被稱為“O3”,將持續大約一年。

過去數月的升級使 LIGO 捕捉引力波信號的敏感度比上一輪運行時提升了 40%,而 Virgo 的靈敏度自上次運行以來幾乎提升了一倍。此外,在這一輪(第三輪)的探測中,LIGO 和 Virgo 過渡到了一個新系統。在這個系統中,它們幾乎可以即時向天文學團體發出了潛在引力波探測結果的預報。這使得電磁望遠鏡(包括x射線、紫外線、光學和射電望遠鏡)能夠搜索並有望找到來自同一來源的電磁信號,這些信號對於理解引力波事件的動力學至關重要。

在此次探測中,由物理學、天文學和天體物理學助理教授查德·漢納(Chad Hanna)領導的賓夕法尼亞州立大學 LIGO 科學家團隊發揮了關鍵作用。

“賓夕法尼亞州立大學的研究人員是 LIGO 科學團隊的一部分,他們幾乎實時地分析數據,”LIGO 團隊成員、賓夕法尼亞州立大學物理學研究生科迪·梅西克(Cody Messick)說,“我們不斷地將這些數據與成千上萬種可能的引力波進行比較,並盡可能快地將任何重要的候選引力波上傳到數據庫中。儘管有幾個不同的團隊都在進行類似的分析,但賓夕法尼亞州立大學團隊分析后所上傳的候選信號中就包括了這兩個公開的探測結果。”

梅西克在過去九個月里一直致力於確保上傳的候選引力波信號包含所有在探測時運行的探測器的信息,即使其中某個探測器的信號異常安靜。這有助於對信號進行定位,並有可能將信號來源的預測天空區域縮小一個數量級以上。所有的 LIGO 公開預警都將包括一張显示可能來源位置的天空地圖、事件發生時間以及可能的事件類型。

“這幾乎是對兩個黑洞可能碰撞產生的引力波進行實時探測,”賓夕法尼亞州立大學物理學研究生、LIGO 團隊成員瑞安·瑪姬(Ryan Magee)說,“我們在第一個信號到達地球 20 秒內就探測到了。我們可以設置自動警報,以便在識別出重要的候選信號時接到電話和短信。我還以為一開始會接到一個垃圾電話呢!”

2019 年 4 月 8 日探測到的引力波信號源所在的天空區域。該區域橫跨 387 平方度,相當於 2000 個滿月,大致蜿蜒穿過天空北半球的仙後座、蠍虎座、仙女座和仙王座。

據推測,這兩個引力波信號的來源都是緻密雙星合併——兩個巨大且密度極高的天體相互碰撞。緻密雙星合併可以發生在兩顆中子星、兩個黑洞或者一顆中子星和一個黑洞之間。不同類型的合併會產生不同的引力波信號,從而使 LIGO 團隊能夠識別出產生引力波的事件類型。

“隨着 LIGO 的更新,我希望看到更多的信號,”瑞安·瑪姬說,“我真的很想看到中子星和黑洞的合併,這種情況目前還沒有被探測到。”黑洞—中子星合併是比黑洞—黑洞、中子星—中子星合併更為罕見的事件,也是科學家非常期待的科學發現,其極端性還處在熱烈討論之中。

LIGO 由兩個相距約 3000 公里的巨型探測器組成,一個位於路易斯安那州的利文斯頓,另一個位於華盛頓州的漢福德。意大利的室女座引力波天文台也探測到了這兩個探測器發現的引力波信號,並立即公諸於眾。

“這是 LIGO 第一次以自動方式即時地公開探測結果,”賓夕法尼亞州立大學物理學博士后、LIGO 團隊成員 Surabhi Sachdev 說,“這是 LIGO 從這輪探測開始實行的新運行策略。引力波事件會立即自動公開。經過人工審核之後,相關的確認或撤回決定將在數小時內發出。”(任天)

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