您的位置:首页 > 探索头条 > 正文

聆听五音俱全的引力波宇宙

2020/7/16 18:00:28 来源:光明科普 浏览:

大家好,我是国家天文台的陆由俊。今天我们接着谈引力波,空间引力波探测。

想要听更低频的“声音”,光靠地面上的“耳朵”是远远不够的,于是人们想到把激光干涉仪发到天上去,天上的噪声会更少一些,尺度也可以做的更大。

图:LISA艺术想象图(Credit:LISA-Wikipedia)

计划中的天基引力波探测器主要有欧空局主导的激光干涉空间天线(LISA),日本的分赫兹干涉引力波天文台(DECIGO、B-DECIGO),欧洲的大爆炸观测者(Big Bang Observer; BBO)和先进激光干涉天线(ALIA)以及中国的“太极”计划和“天琴”计划等等。

其中,先进激光干涉天线ALIA、分赫兹干涉引力波天文台DECIGO(B-DECIGO)、大爆炸观测者BBO的臂长较短,探测的频率范围大约可以覆盖到0.1-10Hz的中频波段,能填补激光干涉空间天线LISA与LIGO敏感频段之间的间隙,其余探测器的灵敏波段与LISA类似,主要为万分之一到1Hz的低频波段。

天基干涉仪的结构都基本类似,它们一般由三颗卫星组成一个稳定的等边三角形编队沿着测地线轨道飞行,三颗卫星两两之间都会向对方发射并接收对方发射过来的激光,然后它们之间相互干涉,组成一架三角形的干涉仪。不同的探测器的飞行的轨道与干涉仪的边长会有所不同。当引力波经过干涉仪时,干涉仪的臂长发生变化,干涉仪能精确地测量出这一变化,据此可以探测到引力波。

这些探测器除“天琴”外,都运行在与地球类似的太阳轨道上。“太极”的边长最长,是300万公里,LISA的边长是250万公里,ALIA的边长是50万公里,BBO的边长是5万公里,DECIGO的边长则只有1000公里。“天琴”的卫星运行在10万公里高的地球轨道上,边长约17万公里。

LISA探路者实验于2015年发射并获得了极大的成功。中国的“太极”计划的“太极一号”卫星于2019年8月发射升空,成功地验证了多项空间引力波探测相关技术。“天琴”计划的“天琴一号”卫星于2019年年底成功发射。这些先期验证实验的成功大大地增进了大家对空间引力波探测计划的信心。

天基引力波探测器可以探测恒星级质量的致密双星(包括黑洞、中子星、白矮星以及它们的两两组合)的旋近,双白矮星的并合,超大质量双黑洞的并合,极端质量比旋进(通常是一个恒星级致密天体绕着一个超大质量黑洞的旋进),宇宙中可能存在的中等质量双黑洞以及前面这些源的信号叠加形成的引力波背景。

由于天基引力波探测器在致密双星并合之前很早的旋近阶段,就可以探测到它们。结合多个波段的引力波探测,有望对致密双星并合信号进行提前预警,预测它们会在何时并合,从而让地基的探测器以及电磁波的望远镜可以提前做好准备,有目标地探测。同时结合多波段、多信使观测,使得我们能获知天体更全面的信息。

超大质量双黑洞并合的探测可以帮助我们理解它们的形成演化以及它们与星系演化之间的协同关系;极端质量比旋进旋转的周期数多,可以帮助精确测量黑洞的度规、检验黑洞的理论、验证广义相对论和甄别替代的引力理论,甚至是发现超越广义相对论的时空引力理论等等。

今天我们就聊到这里。下一期,我们为大家带来脉冲星计时阵方面的引力波探测内容。

主讲人简介:陆由俊,中国科学院国家天文台研究员,中国科学院大学岗位教授,主要研究领域为理论天体物理,包括黑洞物理、引力波天体物理、活动星系核和类星体等。

看看网友怎么说

基础物理学领军者:图片评论

用户2478617898490:宇宙以引力和斥力为主

文章来源网络,版权归属原作者,未注明作者均因传阅太多无从查证。本站为公益性非盈利网站,在本网转载其他媒体稿件是为传播更多的信息,此类稿件不代表本网观点。如果本网转载的稿件涉及您的版权、名益权等问题,请尽快与我们联系,我们将第一时间处理!
  • 50年再回首:揭秘“东方红一号”里的中国故事

    央视网消息:“东方红一号”是我国卫星事业发展的开端。当年的科研人员如何用最简陋的设备实现中国的第一个太空使命?让我们一起从老一辈航天人的奋斗故事中寻找答案。“看得见”:让全世界看到“中国星”按照1967年确定的“东方红一号”卫星技术总目标,卫星必须做到“上得去、抓得住、听得到、看得见”。“看得见”就

  • XMM-2599由活跃走向沉寂,究竟为何?

    简介:XMM-2599是宇宙早期形成的超大质量星系,同期形成的星系大多数都会产生新的星系,该星系却陷入了休眠状态。科学家们目前还不知道XMM-2599为什么不再产生新的星系,也不知道该星系未来会如何演化。对这个星系的研究,或许会改变我们目前对超大质量星系的理解。一个质量是银河系六倍的星系突然停止了产

  • 美“毅力号”火星车将于月底升空 探寻微生物遗迹(图)

    来源:中国新闻网中新网7月16日电据香港《大公报》报道,美国国家航空航天局(NASA)将于7月30日发射“毅力号”火星探测器,前往火星上35亿年前曾是河流三角洲的区域,探寻古微生物的遗迹。据称,这次星际航行将持续6个月。图为“毅力”号火星探测器效果图。报道称,这个火星探测器长3米,重1吨,有19个摄

  • 美媒文章:中国人为何要前往火星?

    美国外交学者网站7月14日发表署名娜姆拉塔·戈斯瓦米的题为《中国为何要前往火星》的文章,内容编译如下:2020年是执行火星任务的理想年份,因为今年地球与火星的距离比较近。这样的机会每26个月出现一次,使我们能以较少的时间和燃料向火星发射探测器。三个火星任务会在7月中旬至8月成行:美国“毅力”号探测器

  • 除了费米气泡,科学家在银河系两侧发现了新的气泡,而且是歪的

    每次到了夏季,我们都能在头顶看到一片灿烂的夜空。如果你是在远离城市光污染的地方,就会看到一条美丽的银河,那就是我们所在星系的中心。可是,即使古人已经无数次仰望过银河系的中心,也不知道那到底是什么。即使现代天文学建立起来,我们拥有完美的角度和观测工具来对它进行观测,却仍然对展现在眼前的银心知之甚少。浓

  • 科学家发现一颗白矮星以不可思议的速度飞越银河系

    据外媒BGR报道,研究人员利用哈勃太空望远镜发现了一颗以不可思议的速度移动的恒星。这颗白矮星被认为已经部分爆炸,使恒星的剩余物质以难以置信的速度飞行。这颗恒星的速度估计在每小时56万英里左右。天文学家认为.事实上,这颗白矮星似乎经历了一次“部分超新星”事件,这导致它被猛烈地抛向我们的银河系。这项研究

  • 将恒星与行星“对齐”

    周一·知古通今周二·牧夫专栏周三·太空探索周四·观测指南周五·深空探测周六·茶余星话周日·视频天象将恒星与行星“对齐”原作:SusannaKohler编译:艾宇熙校对:牧夫天文校对组编排:简稚珉后台:库特莉亚芙卡李子琦原文链接:https://aasnova.org/2020/06/29/align

  • 突破界限!发现最小超大质量黑洞,还不到太阳质量的100万倍

    来自卡迪夫大学科学家领导的一个研究小组表示,使用一项新技术能够以前所未有的细节,放大黑洞这些神秘的宇宙物体,更接近了解超大质量黑洞(SMBH)是如何诞生的。科学家们不确定超大质量黑洞是在宇宙大爆炸后不久的极端条件下形成(这个过程被称为“直接坍塌”),还是在更晚的时候,从大质量恒星死亡所产生的“种子”

  • 在100亿光年外,发现遥远的伽玛射线暴,当时宇宙才38亿岁

    在宇宙中的距离越远,看起来就越暗,有些甚至通过大型望远镜才能察觉得到。当天体物理学家团队探测到100亿光年外的伽玛射线暴(SGRB)余辉时,让西北大学的这些天文学家感到惊讶。毕竟,余辉已经是令人难以置信的微弱、而快速的信号(有时只持续了几个小时)。这场名为SGRB181123B的伽玛射线暴发生在宇宙

  • 一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

    研究发现红巨星黑子比之前认为的更为常见,在发表在《天文学与天体物理学》期刊上的研究中,由马克斯·普朗克太阳系研究所(MPS)领导的研究表明:大约8%的红巨星显示出这些黑子(就是太阳上的那种黑子),黑子是恒星表面强磁场的表现形式。这些磁场是在恒星内部深处产生,这一过程需要对流和恒星的快速旋转。虽然红巨