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发现了新的引力波 我们只是不知道它们来自何处

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  • 2019-12-02 14:07:07
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上周,国际团队寻找引力波,宣布了2019年运行的首次发现。塔拉·墨菲(Tara Murphy)教授和同事们解开了这意味着什么。

上周宣布从两个中子星合并而成的信号中探测信号,对重力波的搜寻又重新开始了。

实际上,这些信号是在4月25日星期四(澳大利亚ANZAC日)从名为S190425z的二进制合并中获得的,这是有史以来第二次中子星合并。

位于美国华盛顿和路易斯安那州的激光干涉仪重力波天文台(LIGO)的双探测器与位于意大利欧洲重力天文台(EGO)的处女座一起,仅在4月1日恢复运行。一年半的升级。最新的结果显示,狩猎活动一炮打响。

这是第三次观测(称为O3),在检测到合并信号后不久,世界各地的天文学家开始寻找宿主星系,但这一次还存在额外的挑战。

信号从哪里来?

当LIGO检测到引力波时,即爱因斯坦(Albert Einstein)预测的时空波动,我们就可以相当准确地算出一些信息,例如合并中子星的质量。

在检测器的第一和第二次观测运行中检测到的所有信号(分别为O1和O2)的图像(下图)显示了每个信号的独特性。这些差异使我们能够计算出物体的质量和距离。

但是,更难解决的一件事是信号来自何处?

我们通过对三个检测器(美国的两个LIGO检测器和意大利的处女座检测器)接收到的信号进行三角测量来实现。

对于第一次发现合并中子星GW170817,我们很幸运。我们能够将信号范围缩小到天空的28平方度(大约是满月面积的140倍)。

但是,仅在单个LIGO检测器和处女座中检测到S190425z,因此定位区域为10,000平方度。那大约是整个天空的四分之一。

据估计,中子星合并发生在距地球约5亿光年的地方。

大海捞针

包括澳大利亚团队在内的世界各地的天文学家一直在使用望远镜,从西澳大利亚内陆到大西洋的加那利群岛,寻找可能的对等物:可能主持中子星合并的星系。

为此,我们必须找出该地区45,000个可能的星系中最有可能的恒星。

到目前为止,还没有找到确定的匹配,但在途中,我们发现了许多其他有趣的事件,例如新的超新星-当大质量恒星死亡时发生的爆炸。

这项工作是OzGrav澳大利亚重力波狩猎队不可或缺的一部分。OzGrav支持100多名科学家和工程师,他们为改善LIGO仪器,数据分析软件和结果解释做出了重要贡献。

LIGO现在可以看到多远?

LIGO和处女座的最新升级意味着,天文学家现在可以探测双星中子星合并产生的引力波,比以往任何时候都更远,最远可达5亿光年。

我们从这些遥远的合并中发现的任何信号都将在第一条鱼在地球上进化的时间(恐龙出现两亿年前)之后离开它们的宿主星系。

天文学家试图使用引力波触发器捕获中子星碰撞时的最后时刻,每一秒都是重要的。

西澳大利亚大学OzGrav节点的团队开发了一种实时搜索程序(称为“ SPIIR”),可在10秒内触发LIGO-Virgo数据中的引力波。

该团队已经确定了四个引力波候选者,将来甚至有可能在合并发出的任何光之前最终警告天文学家。

击败噪音

LIGO O3升级的重要部分是安装称为“量子压榨器”的仪器。压榨机基于澳大利亚国立大学的设计,ANU OzGrav科学家是安装和调试它们的团队的一部分。

建造LIGO的最重大工程挑战之一是降低可能淹没微小重力波信号的噪声。这种噪声来自许多不同的来源,例如地震,海浪甚至车辆交通产生的地震噪声。

由于光的离散特性,另一噪声源是量子噪声。压缩器通过改变LIGO用于检测时空结构中脉动的光的量子特性来抑制这种量子噪声。

检测到另一个事件

随着第三次观测的顺利进行,我们已经看到了LIGO仪器和软件的这些改进的结果。

除了技术上的改进外,与以前的观测还有另一个明显的对比:所有探测都将立即发布给天文学界,以及广大公众。

在关于S190425z的兴奋中,一天后又出现了另一个重力波警报-一种候选信号,其性质表明它可能是中子星和黑洞的合并。

这是由所有三个检测器都拾取的,但是到目前为止,我们还没有为此确定主机,因此我们不确定该事件的性质。但这是尚未出现的令人兴奋的结果的另一个暗示。

这个故事最初是由《对话》发表的。

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