引力波探测正在回归,这一次是在量子力学的帮助下

晋级后的LIGO和Virgo勘探器将发布愈加精准的“时空涟漪”数据。

引力波勘探热潮复兴——这一次将凭借量子力学之力。美国LIGO(激光干与引力波天文台)的两台勘探器和意大利的Virgo引力波勘探器在历经了19个月的封闭晋级后,已于4月1日正式康复数据收集作业。晋级后的勘探器不仅能发现更多的引力波(即时空涟漪,其背面蕴含了很多世界信息),还能进行更具体的勘探,这在必定程度上有赖于被称为“紧缩光”(light squeezing)的量子现象。研讨人员希望能捕捉到没有勘探到的事情,比方超新星黑洞与中子星的并合。

Virgo引力波勘探器坐落意大利比萨邻近,自2017年以来,其活络度现已进步了一倍左右。Virgo引力波勘探器坐落意大利比萨邻近,自2017年以来,其活络度现已进步了一倍左右。

此次运即将继续至下一年3月,标志着引力波天文学研讨的一次严重改动。LIGO和Virgo将初次揭露发送实时的引力波勘探信号,帮忙其它天文台以及具有望远镜的个人了解怎么勘探引力波事情,以便更多的传统设备,无论是射电望远镜仍是天基X射线望远镜,都能够参加勘探使命。据悉,LIGO和Virgo的勘探信号还会经过一款手机App发布。加州理工学院物理学家、LIGO项目负责人David Reitze说:“天文学家早已刻不容缓。”LIGO曾于2015年头次勘探到引力波。

在此前的两次观测性运转中,LIGO的两台勘探器总共发现了11个引力波信号,每个信号都来自一次剧烈的世界磕碰,其间10个都源自双黑洞并合。规划较小的Virgo勘探器在2017年参加勘探部队后,帮忙完成了若干次勘探,特别是在2017年头次发现了双中子星并合发作的引力波,此次事情的勘探数据帮忙天文学家破解了多个世界奥妙。

Reitze以为,晋级后的勘探网络将能捕捉到更多事情,从均匀每月一次上升到大约每周一次。尽管大多数事情或许仍是黑洞并合,但物理学家迫切希望再发现一次中子星磕碰。

活络度晋级

活络度添加有助于勘探器更好地从继续的背景噪声中区分出真实的信号,为物理学家供给更多的引力波细节。这也能反过来查验广义相对论——爱因斯坦曾在广义相对论中预言引力波的存在。

澳大利亚莫纳什大学的理论天体物理学家Ilya Mandel表明,未来的勘探应能解开黑洞在并合过程中的一些疑团,比方它们的自旋速度和方向。他说:“或许咱们能够渐渐厘清黑洞终究会不会优先对齐。”

假如两个黑洞的旋转轴彼此平行,那就意味着它们具有相同的来源,并且开端是两颗一同绕转的恒星;反之,假如两个黑洞的自旋为随机对齐,则阐明它们具有不同的来源,是后来才开端彼此绕转的。

LIGO坐落美国路易斯安那州利文斯顿的设备现在现已是最活络的引力波勘探器,而晋级后的活络度将再增40%。2017年,LIGO坐落华盛顿州汉福德的干与仪以及Virgo呈现技能性妨碍,影响了其勘探才干,不过现已完成了部分追逐方针。意大利国家核物理研讨院物理学家、Virgo的调试和谐人员Alessio Rocchi表明,晋级后的Virgo勘探间隔增至原先的两倍左右。

激光晋级

此次活络度晋级首要来自对天文台中心激光器的两处更改。

LIGO的两个勘探器都是L形的真空体系,别离有两个 4公里长的干与臂。意大利比萨邻近的Virgo设备与此相似,但臂长只要3公里。勘探器内部的两头设有反射镜,激光束会在反射镜之间来回折返。当引力波经过地球时,激光束长度会发作十分细小的改动。

为了让背景噪声中的信号更易被辨认,LIGO和Virgo的物理学家添加了激光器的功率,并初次使用量子力学中的 “紧缩光”。

真空中充满着转瞬即逝的基本粒子。在引力波勘探器中,这种随机涨落导致激光束中的光子在不行测的时分碰击反射镜。而这一向是LIGO和Virgo勘探高频或者说高音引力波的首要妨碍。不过,物理学家能使用紧缩光来控制这种涨落,使之为己所用。所以,只要使部分涨落转向低频,就能进一步进步高频波的勘探几率。

紧缩光

几十年来,紧缩光一向是量子光学试验的一件规范东西,并从2010年开端被使用于GEO600勘探器——坐落德国汉诺威,勘探臂臂长600米,是LIGO的一个试验台。2010年,一支团队在GEO600勘探器上初次测试了紧缩光技能。

紧缩光技能特别合适勘探双中子星并合以及较小黑洞所发作的引力波。这是由于较轻的天体彼此呈螺旋状回旋扭转时,会在磕碰前以最高每秒500次的频率彼此绕转,这会使引力波的“音高”(频率)大增,超出干与仪的勘探区间。进步勘探器的活络度则有望一向追寻到天体最终的结局。

从现在起,引力波的每次成功勘探都将揭露宣布实时信号。因而,全世界的天文学家都在预备跟进引力波的勘探,使用传统技能,包含射电、光学和X射线天文台,查验相同事情。

LIGO和Virgo之前勘探到双中子星并合发作的引力波时,全球各地的天文台都对事情进行了盯梢观测,这也是天体物理学界对“多信使”天文学的初次测验。可是,之前想要盯梢观测的天文学家团队有必要与LIGO–Virgo团队签署体谅备忘录,才干收到被视为秘要的信号。此外,研讨人员还有必要恪守禁发期规则。可是从这次晋级后运转开端,此类约束将悉数免除。“假如他们在盯梢观测时发现了一个相似事情,他们想怎么做都能够。他们的宣布内容和时刻都将不再受限,” Reitze说,“这是一个很大的改变。”

与此同时,在日本新建的KAGRA引力波天文台里,研讨人员正在紧锣密鼓地调试他们的勘探器,力求在2020年头参加勘探部队。第四台勘探器的参加将大大进步对这类世界事情的定位精度。

当前:

科学现场调查

推荐:每日轻松一刻神吐槽FUN来了新闻哥

上一篇:幻觉从无到有,大脑皮层更“停止”了吗?

下一篇:没有了