“人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波”

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人类再次直接检测到了双黑洞合并的引力波

最近，ligo科学合作组织在美国天文学会第228届会议上举行的新闻发布会上宣布，他们又确认了两个黑洞合并的引力波。

该引力波于去年12月26日扫描地球，被美国激光干涉引力波天文台( ligo )的双胞胎引力波探测器检测到。 这是因为它被命名为GW 151226【Gravitational wave-12-26】。 经过严密的数据观察，最终确认这又是引力波。

回引力波的事情波源所在的天体中的可能区域

此次检测到的引力波也发生在两个黑洞合并的最后阶段，距离地球14亿光年。 两个黑洞的初始质量分别为14.2个太阳和7.5个太阳，合并成了以20.8倍的太阳质量高速旋转的黑洞。 赤字的0.9个太阳质量作为强力引力波发射到宇宙空之间，经过14亿年的漫长旅程，终于到达地球，被美国激光干涉引力波天文台( ligo )的两台引力波探测器在圣诞节期间探测到。

什么是引力波？

引力波被认为是时空的涟漪，就像石头掉进水里会产生涟漪一样。 复印

从物理学上讲，引力波是爱因斯坦1916年由广义相对论预言的光速传播时空波动，就像石头落在水里产生的涟漪一样，引力波被认为是宇宙时空涟漪。

一般来说引力波的产生非常困难，地球围绕太阳以每秒30公里的速度前进，引力波的功率只有200瓦，比家用电饭锅功率还大。

1974年，物理学家泰勒( joseph hooton taylor )和健康学家)发现了脉冲星双星系统。 据后续观测，该系因引力波辐射衰减引起的轨道周期变化符合广义相对论理论预测，首次间接验证引力波的存在，获得1993年诺贝尔物理学奖。

黑洞合并释放的能量用素数方程求解

物理学家根据检测到的引力波波形和计算机数值模拟推断，两个黑洞的初始质量分别为14.2个太阳和7.5个太阳，合并成了速度为太阳质量20.8倍的高速旋转大黑洞。 看到这里你注意到什么地方不对劲了吗？ 一般来说，14.2个太阳质量的黑洞和7.5个太阳质量的黑洞应该等于21.7个太阳质量。 其他0.9个太阳质量去哪儿了？

/ BR// h//爱因斯坦著名的素数方程

这里用爱因斯坦最有名的方程式e=mc^2进行说明。 这个方程式不仅可以解释原子核释放出巨大的能量，也可以解释这次黑洞碰撞产生的汹涌引力波。 0.9个太阳质量作为引力波出来了！

即使是这样巨大的力量，在经过14亿光年的漫长旅途后，汹涌的时光空海啸已经成为轻抚地球的涟漪，振幅只有10^-22米(比上次引力波事件的振幅小一个数量级)，也就是长4公里的ligo雷

共振型引力波探测器

20世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯( joseph weber )首先提出了共振型引力波探测器。 1968年，韦伯声称检测到引力波，很快就引起学术界的关注，但之后的反复实验一无所获。

/ S2/]基于激光干涉的引力波探测原理

两架双胞胎引力波探测器分别位于华盛顿州汉福德(左)和路易斯安那州利文斯顿，相距3000公里。

美国激光干涉引力波天文台( ligo )由位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的双胞胎探测器组成，彼此相距3000远，只有当两个探测器检测到相同的信号时，才可能是引力波。

ligo的主要部分是两个相互垂直的干涉臂，臂长均为4000米。 双臂交会中，激光光源发出的光束分为两部分，分别进入彼此垂直且保持超真空状态的两空心圆柱体内，由终端镜面反射回原出发点，并在那里干涉。

引力波通过后，会发生时间空的变形，一只手臂的长度稍长，另一只手臂的长度稍短，光程差发生变化。 这是因为这个激光干涉条纹会相应地发生变化。

激光干涉仪的工作原理示意图

激光干涉仪的工作原理示意图:引力波不通过时，两个激光干涉被消除，没有信号输出； 引力波通过后，干涉仪的手臂长度交替变化，检测到振荡信号。

LIGO的时间配置文件

1967年，麻省理工学院的实验物理学家赖纳·魏斯( rainer weiss )开始建设激光干涉仪的样机设备，但最终没能奏效。

1968年，加州理工大学的理论物理学家基普·索恩( kip thorne )开始对引力波进行论证研究，表明引力波的检测是绝对可行的，并对之后的引力波实验充满了信心。

1991年，麻省理工学院和加州理工大学在美国国家科学基金会( nsf )的资助下，开始了激光干涉引力波天文台( ligo )的联合建设。

1999年，ligo初步完成，2002年开始运行。

2007年，ligo进行了升级改造，如使用更高功率的激光，进一步降低振动等。 升级后的ligo被称为扩展ligo。

2009年7月，增强LIGO开始运行。

年，加强了ligo的停机时间，进行了5年的重大升级改造，被誉为先进ligo。

年9月14日，处于工程模式阶段的先进ligo检测到疑似合并双重黑洞的引力波信号。 经过数月的数据观察研究，排除了各种可能的其他原因，ligo联盟于年2月11日向世界宣布，人类首次直接检测到引力波。

年9月18日，先进ligo宣布正式运行，灵敏度提高了4倍。 也就是说，探测距离增加了4倍，探测的空之间的体积增加了64倍。

年12月26日，先进的ligo又检测到了两个黑洞合并的引力波。 年6月16日，ligo联盟向世界宣布，人类检测出了黑洞合并引起的引力波。

分布在世界各地的引力波探测器[/s2/]

分布在世界各地的已计划的引力波探测器

目前主流的引力波探测器都是基于这种迈克尔逊干涉仪的原理。 世界上除了美国的ligo引力波探测器之外，还有德国和英国合作的geo600、法国和意大利合作的virgo、日本的tama300和计划中的kagra (原lcgt )、澳大利亚计划中的aigo和印度计划中的ligo。

来源：UI科技日报