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(yuǎn)高于GEO 600,而和LIGO相當(dāng),。
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(xué)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(shè)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(xué)界已經(jīng)達(dá)成協(xié)議,,計劃把LIGO的一部分實驗設(shè)備運往印度,,并在印度開設(shè)一個LIGO-India的引力波觀測站。
GW150914
正可謂“謀事在人,,成事在天”,。回顧一下150914,,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(xué)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(zhì)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(zhuǎn)15圈,。
第二階段,。到兩個黑洞快并合的時候,引力波頻率達(dá)到100Hz,,軌道頻率50Hz,,就是每秒鐘轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的黑洞(科爾黑洞)。這個黑洞的質(zhì)量是63個太陽質(zhì)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(zhuǎn),,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(zhuǎn),,并且逐漸逃逸到遠(yuǎn)處,。