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观测引力波为何如此重要?(2)
2024-12-28
星期六
十一月廿八

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  2.引力波探测仪是迄今为止最精确的测量系统

  为了检测到时空中的这种微小的扭曲,物理学家使用了一种称为激光干涉仪的仪器。聚焦光束被朝着不同方向发送在两组镜子之间来回反弹后被送到检测器。如果在这些弹射过程中引力波经过干涉仪,反射镜之间的距离会发生微小的变化。这个变化会被探测仪转化为两个信号之间的测量差异。

  不仅来自引力波的信号非常微弱,同时还有很多的噪音干扰。为了增加引力波对于背景噪音的可检测性,激光需要经过很长的路径。激光干涉仪引力波观测台(LIGO),这个做出了历史性探测的仪器每侧长达4公里。为了隔离来自于地面干扰的引力波引起的稍快的摆动的干扰,探测器被进一步悬挂在空中。

  为了进一步的避免检测错误,LIGO有不止一个,而是两个探测器:一个在华盛顿州汉福德,另一个在路易斯安那州利文斯顿。在两个分开的位置检测懂啊相同的信号意味着检测到的信号不是本地的信号。而这正是2015年9月14日所发的的事情:在两个探测器上观测到了仅差距几毫秒的具有基准特性的信号。

  3.我们知道黑洞可以合并成甚至更大的黑洞

  著名的物理学家和作者基普·索恩将创造引力波的事件称为“空间和时间结构中的猛烈风暴”。在大约13亿年前,当地球上的多细胞生物才刚刚萌发时,两个相互绕行的黑洞开始合并。当这些高密度的物体越来越近时,他们会在供有的强引力场中加速到近一半的光速。这是引力波形成的完美场合。

  通过拟和引力波检测并将其与超级计算机的模拟进行对比,天文学家们可以得出这两个黑洞原本的质量是太阳的29倍和36倍。它们合并成了一个62倍太阳质量的黑洞,这意味着三倍太阳质量的能量以引力波的形式被释放。而且所有的这些碰撞都发生在20毫秒内!这是宇宙中所有恒星一起的能量输出的50倍。

  在这第一次探测之前,天文学家还并不确定黑洞的合并是否可能发生。然而现在这一时间的细节都已经被高度确认了。
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