【博科园-科学科普】2016年2月11日激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家们宣布了首次发现引力波。这一发展证实了一个世纪前爱因斯坦的广义相对论的预言，为宇宙学家和天体物理学家开辟了新的研究途径。从那时起已经有了更多的探测，所有这些都被认为是黑洞合并的结果。
双黑洞合并概念图。图片版权：LIGO/A. Simonnet.
最新的检测发生在2017年8月14日当时有三个天文台——先进的LIGO和先进的室女座探测器——同时探测到合并黑洞产生的引力波。这是世界上三种不同的设施第一次探测到引力波，从而开启了一个全球联网研究这个宇宙现象的新时代。
最近LIGO科学合作和处女座的合作在网上公布了这些观察结果。这项研究的标题为“GW170814：一个双黑洞合并引力波的三探测器观测”，这项研究也被发表在科学期刊《物理评论快报》上。
室女座天文台的鸟瞰图。图片版权：TheVirgocollaboration/CCO 1.0
这一事件被指定为GW170814，被观察到10:30:43 UTC(06:30:43 EDT);03:30 . 43 PDT)2017年8月14日这一事件被国家科学基金会的两个LIGO探测器(位于路易斯安那州的利文斯顿和华盛顿的汉福德)和位于意大利比萨附近的室女座探测器检测到，该探测器由国家科学研究中心(CNRS)和国家核物理研究所(INFN)维护。
虽然不是第一个被探测到引力波的实例，但这是第一次有三个观测站同时探测到一个事件。作为国家科学基金会的负责人，法国科尔多瓦最近在LIGO的新闻发布会上说：一年半前国家科学基金会宣布，它的激光干涉引力波天文台首次探测到引力波，这是在10亿光年之外的星系中两个黑洞碰撞产生的。今天我们很高兴地宣布了处女座引力波天文台与LIGO科学合作的第一次发现，这是第一次在相距数千英里的观测站观测到引力波探测。这是一个令人兴奋的里程碑，在不断增长的国际科学努力中，揭开了我们宇宙的非凡奥秘。
根据探测到的波，LIGO科学合作(LSC)和室女座合作能够确定事件的类型，以及涉及的物体的质量。根据他们的研究这一事件是由两个黑洞的合并引起的——分别是31和25个太阳质量。这一事件发生在离地球18亿光年的地方，形成了一个旋转的黑洞大约有53个太阳质量。
LIGO的两个设施位于路易斯安那州的利文斯顿和华盛顿的汉福德。图片版权：ligo.caltech.edu
这意味着在合并过程中大约有3个太阳质量被转换成重力波能量，然后由LIGO和室女座探测到。尽管这一最新发现本身令人印象深刻，但它仅仅是对LIGO和处女座合作的引力波探测器的一种体验，因为它们已经进入了先进阶段并与彼此合作。
先进的LIGO和先进的处女座都是第二代的引力波探测器，它们已经取代了以前的探测器。LIGO的设施是由加州理工学院(Caltech)和麻省理工学院(MIT)运营的，在2002年至2010年期间未能成功收集到数据。然而到2015年9月，高级LIGO上线开始进行两项观察——O1和O2。
与此同时最初的处女探测器在2003年到2011年10月之间进行了观察，但又一次没有成功。到2017年2月先进的室女座探测器开始整合，并于次年4月上线。在2007年处女座和LIGO也合作分享并共同分析各自探测器记录的数据。
在2017年8月室女座探测器加入了O2运行，并且在8月14日进行了第一次同步检测，所有三个LIGO和室女座仪器都收集了数据。作为LSC发言人David Shoemaker——麻省理工学院(MIT)的一名研究人员指出，这种检测只是许多预期事件中的第一个。
两个黑洞合并的概念图，这被认为是引力波的来源。图片版权：Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel/SXS
这仅仅是处女座和LIGO在一起工作的网络观察的开始。随着下一个计划在2018年秋季进行，我们可以每周甚至更频繁地期待这种检测。这不仅意味着科学家们可以更好地探测未来的事件，而且他们也能够以更高的准确度来精确定位他们。事实上从两到三探测器网络的过渡预计将增加一个20人的工厂精确定位GW170814的可能性。GW170814的天空区域只有60平方度——比LIGO的干涉仪数据小十倍以上。
此外测量到源距离的准确性也得益于这种伙伴关系。正如乔治亚理工学院教授、LSC的副发言人Laura Cadonati解释的那样：这种增加的精确度将使整个天体物理社区最终能做出更令人兴奋的发现，包括多信使的观测。一个更小的搜索区域，可以通过望远镜和卫星对产生引力波和发射光的宇宙事件进行后续观测，例如中子星的碰撞。
引力波概念图。图片版权：NASA
最后将更多的探测器引入到引力波网络中，也将允许更详细的测试爱因斯坦的广义相对论。加州理工大学LIGO实验室的执行董事David h . Reitze也赞扬了新的伙伴关系和它所允许的。
通过先进的LIGO和室女座探测器的第一次联合探测，我们进一步进入了重力波宇宙。处女座带来了一种强大的新能力，可以探测和更好地定位引力波源，这无疑会导致未来令人兴奋和意想不到的结果。
对引力波的研究证明了世界科学团队和干涉测量学的能力正在不断增强。几十年来，引力波的存在仅仅是一个理论;到了世纪之交，所有发现它们的尝试都一无所获。但在过去的18个月里，已经有了多次探测，预计在未来几年内还会有数十次探测。
更重要的是由于新的全球网络和改进的仪器和方法，这些事件肯定能告诉我们关于宇宙和支配它的物理学的数量。
参考：NSF, LIGO-Caltech,LIGODD
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
