ligo(用于发现引力波的LIGO天文台在哪些方面迎来升级)
资讯
2023-11-15
403
1. ligo,用于发现引力波的LIGO天文台在哪些方面迎来升级?
2015年,爱因斯坦的一项具有百年历史的预测最终被证明是正确的,因为引力波被首次直接观测到。现在,发现引力波的仪器——激光干涉仪引力波天文台(LIGO) - 经过一年的升级后重新启动并运行,并带来了一些新的技巧。
引力波是指时空弯曲中的涟漪,由黑洞合并或中子星相撞等灾难性事件引发。LIGO由两个干涉仪组成,每一个都带有两个4公里(2.5英里)长的臂并组成L型。LIGO安装了令人难以置信的精确传感器,以检测引力波。此外与其他设施协作可以帮助三角测量信号的来源。
位于华盛顿和路易斯安那州的两台LIGO探测器在大约一年前关闭,进行了一些急需的升级,截至4月1日,它们已经恢复运行。激光功率增加了一倍,每个设施中的八个镜子中的五个已经被性能更好的镜子所取代。最后,应用了新的“量子噪声滤波器”来减少可能掩盖小波读数的背景噪声。
总而言之,新的和改进的LIGO比上次运行时灵敏度高出约40%。该团队表示,探测器现在也可以发现中子星碰撞的平均距离为5.5亿光年,比以前可能的距离超过1.9亿光年。
更好的是,LIGO不会“孤军奋战”。欧洲版Virgo引力波探测器也获得了升级,其灵敏度基本上翻了一番,随着这些设备都被用于探测引力波,新的发现应该会出现。
“对于第三次观测运行,我们对探测器灵敏度的改进比我们上次运行时的情况大大提高,”LIGO首席探测器科学家Peter Fritschel说道。“随着LIGO和Virgo在明年一起观察,我们肯定会从我们目前看到的各种来源中发现更多的引力波。我们也渴望看到新的事件,例如黑洞合并和中子星碰撞。”
2. 如何看待LIGO在2017年10月16日宣布的引力波最新探测结果?
面对宇宙,人类已经是耳聪目明,不再是非聋即瞎!
400多年前伽利略发明的天文望远镜就是人类面对宇宙的“近视镜”,利用各种各样的强大的望远镜,远在天边就成了近在眼前,人类就得以能够欣赏遥远宇宙的各种美丽的天体。但是在探测到引力波之前,人类听不到宇宙的声音,面对宇宙,人类只能是聋子。
引力波是时空的涟漪,如果我们距离引力波源足够近,时空的涟漪就会让我们的耳膜振动起来,我们就能够听到宇宙用引力波发出的美妙声音。但是,由于我们距离引力波源太远了,我们需要借助强大的引力波探测器才能听到宇宙的声音,因此引力波探测器就是人类的“助听器”,自从2016年2月11号美国的激光干涉引力波天文台宣布听到了两个黑洞结合在一起发出的欢快声音,人类从此就不再是聋子了!
然而,尽管已经“听”到了四次黑洞结合发出的欢快声音,天文学家却还没有“看”到黑洞结合的美丽图像。面对发出引力波的天体,人类仍然是瞎子。难道人类只能是非聋即瞎吗?
并不是!因为这一次,不仅仅激光干涉引力波天文台听到了两个中子星结合的欢快的声音,天文望远镜也看到了它们相爱迸发的烟花!耳听为虚,眼见为实!从此,人类终于耳聪目明了!未来引力波天文学的一个极为重要的方向就是所谓的“多信使”天文学,也就是不但要“听到”天体发出的美妙的引力波,我们也要“看到”这些天体的倩影!
双中子星并合过程既能产生引力波,又能产生电磁波(图片来自网络)。
整个天文界都沸腾了,难道仅仅是因为看了一场史无前例的烟花表演饱了眼福?并不是!从此,耳聪目明的天文学家可以详细研究中子星内部的物质到底是什么,真的是一堆中子还是一团夸克物质?用引力波作为“标准烛光”替代超新星,是否会得到一幅不同的宇宙演化图像?爱因斯坦说了引力波的速度是光速,真的是这样吗?一个崭新的天文学、物理学和宇宙学的交叉前沿研究领域在一片惊呼中就这样诞生了!
我感到自豪的是,今年(2017年)6月15号发射运行的慧眼天文卫星也参加了这个创造了天文学历史的全球大联测!我和同事们那天(2017年8月17号)夜里用慧眼卫星对这个事件进行了观测和几乎实时的数据分析,迅速发布了观测结果!(我还因为在办公室打了个盹而小小地感冒了一场!)尽管慧眼卫星没有探测到这个事件的伽马射线暴,但是由于其伽马射线波段的灵敏度最好,对于这次事件的伽马射线辐射给出了最严格的限制,对于理解这样的引力波爆发过程是无可替代的。因为慧眼卫星的贡献,作为中国的一个大型团队,慧眼团队110科学家带着慧眼的结果加入了这个“天文记录”(全球将近一千个单位的三千多个作者)的历史性论文。当然,作为慧眼卫星的首席科学家,我更关心的是,慧眼卫星什么时候能够看到产生引力波的时候绽放出伽马射线烟花?慧眼,加油!
慧眼HXMT卫星的示意图。
发现双中子星并合的历史性论文的截图:中国团队的名单。
发现双中子星并合的历史性论文的截图:中国团队的致谢。
3. 这个发现到底有多重要?
引力波是通过LIGO探测器发现的: 引力波本质上是空间的形变在传播。如果引力波传到地球,我们会在一个方向上被拉伸,在另一个方向上被挤压。LIGO计划就是要测量这种效应。LIGO有两条长臂,相互垂直。每条臂长达4公里。LIGO的长臂实际上是高度真空的长管。在每条长臂的两段悬挂着直径34厘米的反射镜,LIGO探测器利用激光干涉,不间断的测量每对反射镜之间的距离。 LIGO探测器一共的建成了两座,分别位于美国的华盛顿州和路易斯安那州,两地相距3000公里。引力波以光速传播,因此如果一束可探测的引力波扫过地球,两座LIGO探测器探测到信号的时间将有10毫秒量级的时间差。精确测量这个时间差可以帮助研究者确定引力波发出的方向。引力波的作用:1、理论上:引力的研究非常困难。在我们日常接触的大多数领域,广义相对论效应并不明显。我们至今只能通过天体运动,光线弯折等有限的方法研究引力。而这些方法仍然只能探测较弱的引力场,远远触及不到黑洞视界附近最为扭曲的空间。而引力波探测将打开一扇新的窗子,帮助人们了解空间最扭曲部分的动态变化——这种动态过程被基普·索恩称作几何动力学过程——使人们以前所未有的精度理解广义相对论(或者证伪它)。2、宇宙中:如果没有引力波,目前所有天体的排布会全乱套,宇宙可能也不复存在。3、近期作用:多了一种探测宇宙、研究基本物理的方法。4、远期作用:对发现暗物质、暗能量可能会有帮助;也可能有助于人类理解、实践时空穿梭(或证明不可行)。
4. 为什么说LIGO宣布发现新的引力波全靠中国卫星?
我是这颗卫星--“慧眼”硬X射线调制望远镜天文卫星、简称慧眼卫星的首席科学家,所以有必要澄清以下几点:(1)这次LIGO发现两个中子星并合的引力波和慧眼卫星没有关系;(2)慧眼卫星不能探测引力波,但是能够探测X射线和伽马射线,这次慧眼卫星参加了对这个产生引力波的事件所可能发出的X射线和伽马射线的观测;(4)慧眼卫星没有显著地探测到产生引力波的事件的X射线和伽马射线,但是对可能发出的伽马射线做出了严格的约束,因此参加了那篇历史性的发现论文。
更加进一步详细的情况请参考经过我审定的慧眼卫星新闻稿(2017年10月16号)。
慧眼望远镜参与监测首个引力波电磁对应体,严格限制其高能辐射性质
北京时间2017年10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件(编号GW170817),国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。我国第一颗空间X射线天文卫星--慧眼HXMT望远镜--在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区(MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献,相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中[1]。这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体,是引力波天文学的极为重要的里程碑,在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义,正式开启了多信使引力波天文学时代。
图1: 慧眼望远镜示意图。
引力波是1916年爱因斯坦建立广义相对论后的预言。极端天体物理过程中引力场急剧变化,产生时空扰动并向外传播,人们形象地称之为“时空涟漪”。自从2015年9月14日LIGO首先发现双黑洞并合产生的引力波事件(编号GW150914)以来,已经探测到4例引力波事件,包括前不久LIGO和Virgo联合探测的GW170814。
引力波的直接探测刚刚获得了2017年度诺贝尔物理学奖。探测引力波电磁对应体对研究引力波事件、宇宙学以及基础物理具有不可替代的决定性作用,因此,人们普遍认为引力波研究的下一个里程碑是发现引力波事件产生的电磁辐射。本次发现的引力波事件跟以往发现的双黑洞并合不同,它由两颗中子星并合产生。理论预言双中子星并合不仅能产生引力波,而且能产生电磁波,即引力波电磁对应体,因此本次探测到引力波以及电磁对应体是天文学家期待已久的重大发现。
图2: 双中子星并合过程既能产生引力波,又能产生电磁波(图片来自网络)。
本次LIGO探测到的引力波信号持续百秒左右;引力波信号结束后大约2秒,美国费米卫星搭载的伽马暴监测器(GBM)以及欧洲INTEGRAL望远镜搭载的SPI-ACS探测器均探测到一个暗弱的短伽马暴(编号GRB170817A),跟引力波事件成协;其后,光学望远镜发现光学对应体(编号AT2017gfo/SSS17a),几天后还探测到该引力波源发出的X射线以及射电波段的电磁辐射。
因为该引力波事件具有极为重要的意义,天文学家使用了大量的地面和空间望远镜进行观测,形成了一场天文学历史上极为罕见的全球规模的联合观测。然而,引力波事件发生时仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区,慧眼望远镜便是其中之一。
在这些望远镜中,慧眼在0.2-5 MeV能区的探测接收面积最大、时间分辨率最好,因此对引力波闪(即编号为GRB170817A的伽马射线暴)的百万电子伏特(MeV)能区的伽马射线辐射的探测能力最强。虽然此前人们普遍预计像本次事件这样近距离(40 Mpc,约1.3亿光年)的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮,但慧眼(以及其它伽马射线望远镜)在MeV能区没有探测到高能辐射,说明本次引力波闪非常暗弱,跟理论预言相差甚远,具有非常特殊的辐射性质。此外,慧眼望远镜凭借强大的探测性能,对该引力波闪在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限(见下图)。
图3:慧眼望远镜的探测结果。对本次引力波事件产生的高能电磁对应体,即编号为GRB170817A的伽马暴,及其先兆和延展辐射在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限约束。
鉴于慧眼观测限制的重要性,慧眼望远镜不仅以合作组形式加入了报告本次历史性发现的论文[1](即发现论文),而且在论文的正文部分报告了观测结果。该发现论文是关于该引力波事件的同时发表的一系列论文中最核心的领头论文,已于10月16日正式发表。
除了参与上述历史性的发现论文,慧眼望远镜的详细分析结果以独立论文[2]的形式已于10月16日同步发表在《中国科学:物理学力学天文学》杂志英文版的网页版,改期杂志的封面如下图。
值得注意的是,慧眼望远镜本来的设计目标是探测黑洞和中子星等银河系内的X射线天体,研究极端引力场条件下的物理规律。项目组通过对慧眼望远镜辅助探测器的创新性使用,获得了额外的探测伽马暴及引力波电磁对应体的能力,使其成为国际上正在运行的最重要的伽马射线暴监测设备之一,大大扩展了望远镜的科学产出。
慧眼望远镜由国家国防科技工业局和中国科学院联合资助建造,于2017年6月15日从酒泉卫星发射中心发射升空,开始为期5个月的试运行。中科院高能物理研究所(粒子天体物理重点实验室)负责望远镜观测运行以及数据处理[3]。参与本次引力波事件观测时,慧眼望远镜刚刚试运行2个月。试运行结束后慧眼望远镜将开始正式的科学观测,同时继续监测研究引力波闪。慧眼望远镜的科学运行以及引力波电磁对应体的探测研究分别获得了科技部大科学装置前沿研究重点专项以及中国科学院战略性科技先导专项的支持。
在LIGO合作组2016年宣布探测到引力波之后,发现引力波事件的电磁对应体便成为最重要的天体物理问题之一。在慧眼望远镜的技术基础之上,中国科学院高能物理研究所提出了专门探测引力波闪的引力波高能电磁对应体全天监测器项目(GECAM),并将其命名为“闪电”。“闪电”采用针对性优化设计,不仅能够同时监测全天随机爆发的引力波闪,而且具有更低的探测阈值、更高的监测灵敏度以及更好的定位能力,对引力波闪的综合探测性能远超现有望远镜。此外,“闪电”和慧眼望远镜结合,将形成极大天区极宽波段的覆盖!
在中国科学院前沿科学重点研究计划的支持下, “闪电”项目的关键技术攻关以及方案设计的大部分工作已经完成。如果立即立项,可以在2020年前发射升空,从而赶上与最佳灵敏度的LIGO和Virgo等引力波探测器进行联合观测,获得最大的科学产出,使我国在引力波电磁对应体的探测研究上达到国际领先水平。
[1] B. P. Abbott et al., Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger, Astrophysical Journal Letters, 2017, doi:10.3847/2041-8213/aa91c9
[2] Li, T. P., Xiong, S. L., Zhang, S. N., et al., Insight-HXMT observations of the first binary neutron star merger GW170817, Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 61(3), 031011 (2018), doi:10.1007/s11433-017-9107-5
[3] http://www.hxmt.org
本次引力波事件的示意图。使用时请务必标注如下版权信息Credit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.
本次引力波事件的示意图,截取自视频。使用时请务必标注如下版权信息Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab
更多解释:
双中子星并合是一个物理事件,那天发生了这件事。这件事产生了两种波:引力波和电磁波,后者就是我们通常说的“光”。只有引力波探测器(LIGO和Virgo)能探测引力波,别的都不行。 只有电磁波望远镜才能探测电磁波。慧眼是电磁波望远镜。电磁波有不同的频率,比如七色光的不同颜色就是因为不同颜色的光有不同的频率。 有的光的频率特别特别高,也就是能量特别高,叫做伽马射线。慧眼是探测伽马射线的在太空运行的望远镜卫星
5. LIGO是如何排除干扰的?
这是一个很好而又重大的问题。题主的问题也是我一直在反复思考的问题。引力波是指在某些特定环境之下,加速的质量物体对空间曲率产生变化,并且这种变化能够以波的形式向外以光速传播。可知,只要有加速运动物体在LIGO的探测装置的周围存在,且这种影响理论上与黑洞合并事件的效应相当,那对LIGO的探测结果就值得质疑。对LIGO的背景噪声消除方式确值得质疑。
6. 相当于60个太阳的黑洞是怎么产生的?
这个相当于60个太阳质量的最大黑洞,是由两个大黑洞合并产生的。
根据相关消息,这个黑洞合并的天文奇观发生在2017.7.29,距地球约90亿光年之外。是美国一家国际科学团队在研究引力波天文台(LIGO)观测获得的数据时,发现了目前为止最大的黑洞合并天文现象,它们的引力波被天文台成功观察到,质量是45-80个太阳之间。
LIGO的工作人员克里斯腾森表示:如此大的黑洞太难见,因为普通的恒星塌缩不可能形成这么大的黑洞,除非是黑洞合并,也许这个超大黑洞内聚集了成百上千的小黑洞。
相对论曾指出:大黑洞形成要么是宇宙大爆炸时的最初黑洞,要么是晚年的大质量恒星发生超新星爆炸,要么是多个小黑洞合并。天文学家还在距地球5000万光年的处女座星系(M87)中发现了一个超大质量黑洞,质量是太阳的66亿倍,喷射的高能粒子穿越了这个星系。
欢迎关注和点评。
7. 如果之后还是两个黑洞并合居多?
如果两个黑洞合并的话,直接会导致空间的压缩变形弯曲,会使空间之间的表面张力变形巨大。由于黑洞不会放出电磁波,会直接释放出大量的引力波导致周边天体运行轨迹异常,使周边的天体受到万有引力的影响,重心朝向黑洞运动。在黑洞边沿会形成星际物质沉积圈,极速向黑洞中心奇点旋积压缩质量,致使黑洞奇点质量趋向无穷大,继而黑洞的拉力把时空扭曲变形。由于黑洞不存在电磁辐射,而且还吸收大量的电磁波能量,而这种吸收为穆斯堡尔吸收既穆斯堡尔效应,在其内界中会形成独立的宇宙空间,外界又存在引力作用导致红外光谱线的波长增大既引力红移,频率降低,最后完全被黑洞吸收,构成一种类似的隐形视界。那么LIGO依然能够探测到引力波的存在,所以必须还要借助其它引力波探测工具对其修正,已达到最佳引力波探测。以上所述若有不足之处还望大家予以指正,谢谢!
本站涵盖的内容、图片、视频等数据系网络收集,部分未能与原作者取得联系。若涉及版权问题,请联系我们删除!联系邮箱:ynstorm@foxmail.com 谢谢支持!
1. ligo,用于发现引力波的LIGO天文台在哪些方面迎来升级?
2015年,爱因斯坦的一项具有百年历史的预测最终被证明是正确的,因为引力波被首次直接观测到。现在,发现引力波的仪器——激光干涉仪引力波天文台(LIGO) - 经过一年的升级后重新启动并运行,并带来了一些新的技巧。
引力波是指时空弯曲中的涟漪,由黑洞合并或中子星相撞等灾难性事件引发。LIGO由两个干涉仪组成,每一个都带有两个4公里(2.5英里)长的臂并组成L型。LIGO安装了令人难以置信的精确传感器,以检测引力波。此外与其他设施协作可以帮助三角测量信号的来源。
位于华盛顿和路易斯安那州的两台LIGO探测器在大约一年前关闭,进行了一些急需的升级,截至4月1日,它们已经恢复运行。激光功率增加了一倍,每个设施中的八个镜子中的五个已经被性能更好的镜子所取代。最后,应用了新的“量子噪声滤波器”来减少可能掩盖小波读数的背景噪声。
总而言之,新的和改进的LIGO比上次运行时灵敏度高出约40%。该团队表示,探测器现在也可以发现中子星碰撞的平均距离为5.5亿光年,比以前可能的距离超过1.9亿光年。
更好的是,LIGO不会“孤军奋战”。欧洲版Virgo引力波探测器也获得了升级,其灵敏度基本上翻了一番,随着这些设备都被用于探测引力波,新的发现应该会出现。
“对于第三次观测运行,我们对探测器灵敏度的改进比我们上次运行时的情况大大提高,”LIGO首席探测器科学家Peter Fritschel说道。“随着LIGO和Virgo在明年一起观察,我们肯定会从我们目前看到的各种来源中发现更多的引力波。我们也渴望看到新的事件,例如黑洞合并和中子星碰撞。”
2. 如何看待LIGO在2017年10月16日宣布的引力波最新探测结果?
面对宇宙,人类已经是耳聪目明,不再是非聋即瞎!
400多年前伽利略发明的天文望远镜就是人类面对宇宙的“近视镜”,利用各种各样的强大的望远镜,远在天边就成了近在眼前,人类就得以能够欣赏遥远宇宙的各种美丽的天体。但是在探测到引力波之前,人类听不到宇宙的声音,面对宇宙,人类只能是聋子。
引力波是时空的涟漪,如果我们距离引力波源足够近,时空的涟漪就会让我们的耳膜振动起来,我们就能够听到宇宙用引力波发出的美妙声音。但是,由于我们距离引力波源太远了,我们需要借助强大的引力波探测器才能听到宇宙的声音,因此引力波探测器就是人类的“助听器”,自从2016年2月11号美国的激光干涉引力波天文台宣布听到了两个黑洞结合在一起发出的欢快声音,人类从此就不再是聋子了!
然而,尽管已经“听”到了四次黑洞结合发出的欢快声音,天文学家却还没有“看”到黑洞结合的美丽图像。面对发出引力波的天体,人类仍然是瞎子。难道人类只能是非聋即瞎吗?
并不是!因为这一次,不仅仅激光干涉引力波天文台听到了两个中子星结合的欢快的声音,天文望远镜也看到了它们相爱迸发的烟花!耳听为虚,眼见为实!从此,人类终于耳聪目明了!未来引力波天文学的一个极为重要的方向就是所谓的“多信使”天文学,也就是不但要“听到”天体发出的美妙的引力波,我们也要“看到”这些天体的倩影!
双中子星并合过程既能产生引力波,又能产生电磁波(图片来自网络)。
整个天文界都沸腾了,难道仅仅是因为看了一场史无前例的烟花表演饱了眼福?并不是!从此,耳聪目明的天文学家可以详细研究中子星内部的物质到底是什么,真的是一堆中子还是一团夸克物质?用引力波作为“标准烛光”替代超新星,是否会得到一幅不同的宇宙演化图像?爱因斯坦说了引力波的速度是光速,真的是这样吗?一个崭新的天文学、物理学和宇宙学的交叉前沿研究领域在一片惊呼中就这样诞生了!
我感到自豪的是,今年(2017年)6月15号发射运行的慧眼天文卫星也参加了这个创造了天文学历史的全球大联测!我和同事们那天(2017年8月17号)夜里用慧眼卫星对这个事件进行了观测和几乎实时的数据分析,迅速发布了观测结果!(我还因为在办公室打了个盹而小小地感冒了一场!)尽管慧眼卫星没有探测到这个事件的伽马射线暴,但是由于其伽马射线波段的灵敏度最好,对于这次事件的伽马射线辐射给出了最严格的限制,对于理解这样的引力波爆发过程是无可替代的。因为慧眼卫星的贡献,作为中国的一个大型团队,慧眼团队110科学家带着慧眼的结果加入了这个“天文记录”(全球将近一千个单位的三千多个作者)的历史性论文。当然,作为慧眼卫星的首席科学家,我更关心的是,慧眼卫星什么时候能够看到产生引力波的时候绽放出伽马射线烟花?慧眼,加油!
慧眼HXMT卫星的示意图。
发现双中子星并合的历史性论文的截图:中国团队的名单。
发现双中子星并合的历史性论文的截图:中国团队的致谢。
3. 这个发现到底有多重要?
引力波是通过LIGO探测器发现的: 引力波本质上是空间的形变在传播。如果引力波传到地球,我们会在一个方向上被拉伸,在另一个方向上被挤压。LIGO计划就是要测量这种效应。LIGO有两条长臂,相互垂直。每条臂长达4公里。LIGO的长臂实际上是高度真空的长管。在每条长臂的两段悬挂着直径34厘米的反射镜,LIGO探测器利用激光干涉,不间断的测量每对反射镜之间的距离。 LIGO探测器一共的建成了两座,分别位于美国的华盛顿州和路易斯安那州,两地相距3000公里。引力波以光速传播,因此如果一束可探测的引力波扫过地球,两座LIGO探测器探测到信号的时间将有10毫秒量级的时间差。精确测量这个时间差可以帮助研究者确定引力波发出的方向。引力波的作用:1、理论上:引力的研究非常困难。在我们日常接触的大多数领域,广义相对论效应并不明显。我们至今只能通过天体运动,光线弯折等有限的方法研究引力。而这些方法仍然只能探测较弱的引力场,远远触及不到黑洞视界附近最为扭曲的空间。而引力波探测将打开一扇新的窗子,帮助人们了解空间最扭曲部分的动态变化——这种动态过程被基普·索恩称作几何动力学过程——使人们以前所未有的精度理解广义相对论(或者证伪它)。2、宇宙中:如果没有引力波,目前所有天体的排布会全乱套,宇宙可能也不复存在。3、近期作用:多了一种探测宇宙、研究基本物理的方法。4、远期作用:对发现暗物质、暗能量可能会有帮助;也可能有助于人类理解、实践时空穿梭(或证明不可行)。
4. 为什么说LIGO宣布发现新的引力波全靠中国卫星?
我是这颗卫星--“慧眼”硬X射线调制望远镜天文卫星、简称慧眼卫星的首席科学家,所以有必要澄清以下几点:(1)这次LIGO发现两个中子星并合的引力波和慧眼卫星没有关系;(2)慧眼卫星不能探测引力波,但是能够探测X射线和伽马射线,这次慧眼卫星参加了对这个产生引力波的事件所可能发出的X射线和伽马射线的观测;(4)慧眼卫星没有显著地探测到产生引力波的事件的X射线和伽马射线,但是对可能发出的伽马射线做出了严格的约束,因此参加了那篇历史性的发现论文。
更加进一步详细的情况请参考经过我审定的慧眼卫星新闻稿(2017年10月16号)。
慧眼望远镜参与监测首个引力波电磁对应体,严格限制其高能辐射性质
北京时间2017年10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件(编号GW170817),国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。我国第一颗空间X射线天文卫星--慧眼HXMT望远镜--在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区(MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献,相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中[1]。这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体,是引力波天文学的极为重要的里程碑,在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义,正式开启了多信使引力波天文学时代。
图1: 慧眼望远镜示意图。
引力波是1916年爱因斯坦建立广义相对论后的预言。极端天体物理过程中引力场急剧变化,产生时空扰动并向外传播,人们形象地称之为“时空涟漪”。自从2015年9月14日LIGO首先发现双黑洞并合产生的引力波事件(编号GW150914)以来,已经探测到4例引力波事件,包括前不久LIGO和Virgo联合探测的GW170814。
引力波的直接探测刚刚获得了2017年度诺贝尔物理学奖。探测引力波电磁对应体对研究引力波事件、宇宙学以及基础物理具有不可替代的决定性作用,因此,人们普遍认为引力波研究的下一个里程碑是发现引力波事件产生的电磁辐射。本次发现的引力波事件跟以往发现的双黑洞并合不同,它由两颗中子星并合产生。理论预言双中子星并合不仅能产生引力波,而且能产生电磁波,即引力波电磁对应体,因此本次探测到引力波以及电磁对应体是天文学家期待已久的重大发现。
图2: 双中子星并合过程既能产生引力波,又能产生电磁波(图片来自网络)。
本次LIGO探测到的引力波信号持续百秒左右;引力波信号结束后大约2秒,美国费米卫星搭载的伽马暴监测器(GBM)以及欧洲INTEGRAL望远镜搭载的SPI-ACS探测器均探测到一个暗弱的短伽马暴(编号GRB170817A),跟引力波事件成协;其后,光学望远镜发现光学对应体(编号AT2017gfo/SSS17a),几天后还探测到该引力波源发出的X射线以及射电波段的电磁辐射。
因为该引力波事件具有极为重要的意义,天文学家使用了大量的地面和空间望远镜进行观测,形成了一场天文学历史上极为罕见的全球规模的联合观测。然而,引力波事件发生时仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区,慧眼望远镜便是其中之一。
在这些望远镜中,慧眼在0.2-5 MeV能区的探测接收面积最大、时间分辨率最好,因此对引力波闪(即编号为GRB170817A的伽马射线暴)的百万电子伏特(MeV)能区的伽马射线辐射的探测能力最强。虽然此前人们普遍预计像本次事件这样近距离(40 Mpc,约1.3亿光年)的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮,但慧眼(以及其它伽马射线望远镜)在MeV能区没有探测到高能辐射,说明本次引力波闪非常暗弱,跟理论预言相差甚远,具有非常特殊的辐射性质。此外,慧眼望远镜凭借强大的探测性能,对该引力波闪在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限(见下图)。
图3:慧眼望远镜的探测结果。对本次引力波事件产生的高能电磁对应体,即编号为GRB170817A的伽马暴,及其先兆和延展辐射在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限约束。
鉴于慧眼观测限制的重要性,慧眼望远镜不仅以合作组形式加入了报告本次历史性发现的论文[1](即发现论文),而且在论文的正文部分报告了观测结果。该发现论文是关于该引力波事件的同时发表的一系列论文中最核心的领头论文,已于10月16日正式发表。
除了参与上述历史性的发现论文,慧眼望远镜的详细分析结果以独立论文[2]的形式已于10月16日同步发表在《中国科学:物理学力学天文学》杂志英文版的网页版,改期杂志的封面如下图。
值得注意的是,慧眼望远镜本来的设计目标是探测黑洞和中子星等银河系内的X射线天体,研究极端引力场条件下的物理规律。项目组通过对慧眼望远镜辅助探测器的创新性使用,获得了额外的探测伽马暴及引力波电磁对应体的能力,使其成为国际上正在运行的最重要的伽马射线暴监测设备之一,大大扩展了望远镜的科学产出。
慧眼望远镜由国家国防科技工业局和中国科学院联合资助建造,于2017年6月15日从酒泉卫星发射中心发射升空,开始为期5个月的试运行。中科院高能物理研究所(粒子天体物理重点实验室)负责望远镜观测运行以及数据处理[3]。参与本次引力波事件观测时,慧眼望远镜刚刚试运行2个月。试运行结束后慧眼望远镜将开始正式的科学观测,同时继续监测研究引力波闪。慧眼望远镜的科学运行以及引力波电磁对应体的探测研究分别获得了科技部大科学装置前沿研究重点专项以及中国科学院战略性科技先导专项的支持。
在LIGO合作组2016年宣布探测到引力波之后,发现引力波事件的电磁对应体便成为最重要的天体物理问题之一。在慧眼望远镜的技术基础之上,中国科学院高能物理研究所提出了专门探测引力波闪的引力波高能电磁对应体全天监测器项目(GECAM),并将其命名为“闪电”。“闪电”采用针对性优化设计,不仅能够同时监测全天随机爆发的引力波闪,而且具有更低的探测阈值、更高的监测灵敏度以及更好的定位能力,对引力波闪的综合探测性能远超现有望远镜。此外,“闪电”和慧眼望远镜结合,将形成极大天区极宽波段的覆盖!
在中国科学院前沿科学重点研究计划的支持下, “闪电”项目的关键技术攻关以及方案设计的大部分工作已经完成。如果立即立项,可以在2020年前发射升空,从而赶上与最佳灵敏度的LIGO和Virgo等引力波探测器进行联合观测,获得最大的科学产出,使我国在引力波电磁对应体的探测研究上达到国际领先水平。
[1] B. P. Abbott et al., Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger, Astrophysical Journal Letters, 2017, doi:10.3847/2041-8213/aa91c9
[2] Li, T. P., Xiong, S. L., Zhang, S. N., et al., Insight-HXMT observations of the first binary neutron star merger GW170817, Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 61(3), 031011 (2018), doi:10.1007/s11433-017-9107-5
[3] http://www.hxmt.org
本次引力波事件的示意图。使用时请务必标注如下版权信息Credit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.
本次引力波事件的示意图,截取自视频。使用时请务必标注如下版权信息Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab
更多解释:
双中子星并合是一个物理事件,那天发生了这件事。这件事产生了两种波:引力波和电磁波,后者就是我们通常说的“光”。只有引力波探测器(LIGO和Virgo)能探测引力波,别的都不行。 只有电磁波望远镜才能探测电磁波。慧眼是电磁波望远镜。电磁波有不同的频率,比如七色光的不同颜色就是因为不同颜色的光有不同的频率。 有的光的频率特别特别高,也就是能量特别高,叫做伽马射线。慧眼是探测伽马射线的在太空运行的望远镜卫星
5. LIGO是如何排除干扰的?
这是一个很好而又重大的问题。题主的问题也是我一直在反复思考的问题。引力波是指在某些特定环境之下,加速的质量物体对空间曲率产生变化,并且这种变化能够以波的形式向外以光速传播。可知,只要有加速运动物体在LIGO的探测装置的周围存在,且这种影响理论上与黑洞合并事件的效应相当,那对LIGO的探测结果就值得质疑。对LIGO的背景噪声消除方式确值得质疑。
6. 相当于60个太阳的黑洞是怎么产生的?
这个相当于60个太阳质量的最大黑洞,是由两个大黑洞合并产生的。
根据相关消息,这个黑洞合并的天文奇观发生在2017.7.29,距地球约90亿光年之外。是美国一家国际科学团队在研究引力波天文台(LIGO)观测获得的数据时,发现了目前为止最大的黑洞合并天文现象,它们的引力波被天文台成功观察到,质量是45-80个太阳之间。
LIGO的工作人员克里斯腾森表示:如此大的黑洞太难见,因为普通的恒星塌缩不可能形成这么大的黑洞,除非是黑洞合并,也许这个超大黑洞内聚集了成百上千的小黑洞。
相对论曾指出:大黑洞形成要么是宇宙大爆炸时的最初黑洞,要么是晚年的大质量恒星发生超新星爆炸,要么是多个小黑洞合并。天文学家还在距地球5000万光年的处女座星系(M87)中发现了一个超大质量黑洞,质量是太阳的66亿倍,喷射的高能粒子穿越了这个星系。
欢迎关注和点评。
7. 如果之后还是两个黑洞并合居多?
如果两个黑洞合并的话,直接会导致空间的压缩变形弯曲,会使空间之间的表面张力变形巨大。由于黑洞不会放出电磁波,会直接释放出大量的引力波导致周边天体运行轨迹异常,使周边的天体受到万有引力的影响,重心朝向黑洞运动。在黑洞边沿会形成星际物质沉积圈,极速向黑洞中心奇点旋积压缩质量,致使黑洞奇点质量趋向无穷大,继而黑洞的拉力把时空扭曲变形。由于黑洞不存在电磁辐射,而且还吸收大量的电磁波能量,而这种吸收为穆斯堡尔吸收既穆斯堡尔效应,在其内界中会形成独立的宇宙空间,外界又存在引力作用导致红外光谱线的波长增大既引力红移,频率降低,最后完全被黑洞吸收,构成一种类似的隐形视界。那么LIGO依然能够探测到引力波的存在,所以必须还要借助其它引力波探测工具对其修正,已达到最佳引力波探测。以上所述若有不足之处还望大家予以指正,谢谢!
本站涵盖的内容、图片、视频等数据系网络收集,部分未能与原作者取得联系。若涉及版权问题,请联系我们删除!联系邮箱:ynstorm@foxmail.com 谢谢支持!