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華人科學家:愛因斯坦都不敢想象,我們探測到引力波(3)

2016-02-12 10:07:45  知社學術圈    參與評論()人

世界各國的大型引力波探測器

在美國的LIGO計劃開始之后,,歐洲也開始進行引力波探測計劃,。目前,比較大型的探測器是由英國和德國合作,,在德國Hannover附近建造的GEO 600探測器,,以及由法國和意大利合作,,在意大利Pisa附近的VIRGO探測器,。GEO 600探測器的壁長是600米,而VIRGO的臂長是3000米,。相比之下,VIRGO的造價和性能都遠高于GEO 600,,而和LIGO相當。

大家也許會問,,為什么經(jīng)濟實力更強的英,、德兩國在引力波探測器的規(guī)模上竟然會比不過法意兩國呢?據(jù)說,,本來前西德也要建造一個4公里臂長的探測器,。但是由于東西德合并,西德支持東德,,這個經(jīng)費就被砍掉了,,只好建造一個600米的探測器。

最近,,日本也開始建造大型的KaGRA引力波探測器,。早年,在日本有一個TAMA300探測器,,位于東京附近的三鷹市,,在日本的國家天文臺院內(nèi),臂長300米,。日本科學家多年來一直致力于推動大型引力波探測,,這個KaGRA項目終于在2008年立項。目前,,這個探測器的建設已經(jīng)基本完成,,進入了調(diào)試階段。

前些年,,印度也開始加入了引力波探測的行列,。LIGO實驗室和印度引力波物理學界已經(jīng)達成協(xié)議,計劃把LIGO的一部分實驗設備運往印度,,并在印度開設一個LIGO-India的引力波觀測站,。

GW150914

正可謂“謀事在人,成事在天”,?;仡櫼幌?50914,它的發(fā)現(xiàn)是和人類歷史上許多偉大發(fā)現(xiàn)一樣,,是一個偶然,。

發(fā)現(xiàn)

在LIGO的正式運行中,都會做一個Blind Injection的操作:就是讓幾個合作者在數(shù)據(jù)里面偷偷的加上一些模擬的引力波信號,并且把這些信號的參數(shù)保密,。這樣,,其他處理數(shù)據(jù)的人就算是有所發(fā)現(xiàn),也沒法知道真假,。直到最后一刻,,主持人打開信封,宣布偷偷加上的信號的參數(shù),,大家才恍然大悟,。Blind Injection不但會提高士氣,也會杜絕泄密,。這個方法在LIGO-1的運行中頗有成效,。

在2015年9月份,LIGO開始了一次工程試運行(Engineering Run),。因為只是調(diào)試運行,,盲注的機制都沒有組織好,所以根本就沒有盲注,。沒想到,,有些事情不能隨便試的,沒開始幾天就發(fā)現(xiàn)了一個置信度超高的引力波信號,。這個信號大到什么程度呢,?就是只做一些簡單的濾波后就可以用肉眼在數(shù)據(jù)的波形中發(fā)現(xiàn)了。自己看數(shù)據(jù)吧:

從波的頻率演化看,,在低頻的部分開始,。

碰撞的三個階段

第一階段。兩個黑洞的引力波頻率從30Hz開始,。這在引力波天文學中是比較低的頻段,,但是這就意味著黑洞是15Hz軌道頻率。再具體點就是,,這兩個黑洞分別為36和30太陽質量,,每個半徑大約是一百公里左右,距離是一千公里,,每秒鐘互相轉15圈,。

第二階段。到兩個黑洞快并合的時候,,引力波頻率達到100Hz,軌道頻率50Hz,,就是每秒鐘轉50圈,。這個時候兩個黑洞已經(jīng)快形成一體了,它們每個人“中心”之間的距離大概是兩百公里左右。

第三階段,。然后,,這個合并成一體的扭曲的黑洞繼續(xù)震蕩,逐漸變成一個新的,、旋轉的黑洞(科爾黑洞),。這個黑洞的質量是63個太陽質量,它的半徑大約是160公里,。在這個震蕩的過程中,,這個黑洞主要示發(fā)射頻率在240Hz左右的引力波,說明它在以120Hz左右旋轉,,也就是每秒鐘120圈,。這個過程也可以看做是引力波在黑洞的“光球”周圍繞轉,并且逐漸逃逸到遠處,。

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