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激光干涉引力波天文台

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激光干涉引力波天文台
LIGO
LIGO control.jpg
LIGO漢福德控制室
組織: LIGO科学协作英语LIGO Scientific Collaboration組織
位置: 华盛顿州漢福德區
路易斯安那州利文斯頓
座標: 46°27′18.52″N 119°24′27.56″W / 46.4551444°N 119.4076556°W / 46.4551444; -119.4076556 (LIGO Hanford Observatory)
30°33′46.42″N 90°46′27.27″W / 30.5628944°N 90.7742417°W / 30.5628944; -90.7742417 (LIGO Livingston Observatory)
波長 43~10,000公里(27~6,214英里)
頻率:30-7000Hz
建築: 1999年
啟用 2002年8月23日
望遠鏡類型: 引力波天文台
直徑: 4,000米(13,000英尺)
網址: http://www.ligo.org/

激光干涉引力波天文台英语:Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory缩写LIGO)是探测引力波的一个大规模物理实验和天文观测台。1992年,由加州理工学院的物理学家基普·索恩罗纳德·德雷弗英语Ronald Drever,与麻省理工学院莱纳·魏斯共同创建,“激光干涉引力波天文台”(LIGO)是麻省理工学院加州理工学院和其他院校等的科学家们的一个联合项目。香港中文大學是唯一參與LIGO激光干涉引力波天文台)計劃證明“爱因斯坦广义相对论预言的时空波动 — 引力波”的香港高校。[1]

参与该项目的科学家们和引力波天文学中的数据分析是被LIGO科学协作英语LIGO Scientific Collaboration计划所组织,其中包括全球900多个科学家,以及44000名活跃在Einstein@Home的用户[2][3]。LIGO是由美国国家科学基金会(NSF)资助,并由英国科学与技术设施委员会英语Science and Technology Facilities Council,德国马克斯普朗克学会澳大利亚研究理事会英语Australian Research Council做出了重要贡献[4][5]。到2015年9月中旬,“世界上最大的引力波设施”已完成了5年$2亿美元的检修 - 总成本达到$6.2亿美元[3][6]。LIGO是有史以来由美国国家科学基金会资助的规模最大,和最雄心勃勃的项目[7][8]

2002年至2010年间首次LIGO运行并没有发现任何引力波。在此之后的多年停机,而在同时检测器被大大改善的“先进LIGO”版本所代替[9]。到2015年2月,两个此类先进的引力波探测器(一个在路易斯安那州利文斯頓,而另一个在华盛顿州汉福德)被带进入工程模式[10]。在2015年9月18日,先进LIGO在以初始LIGO干涉仪的约四倍的敏感度开始了第一次正式的科学观测[11]。它的灵敏度将进一步提升,直至2021年左右达到设计的灵敏度[12]

在2016年2月11日,LIGO科学合作英语LIGO Scientific Collaboration机构和处女座干涉仪合作的1012位作者发表了关于探测引力波的一篇论文,在2015年9月14日09.51 UTC检测到的引力波信号,在距离地球有13亿光年处有两个大约30倍太阳质量的黑洞合并在一起[13][14][15]

構造[编辑]

探测器采用迈克耳孙干涉仪法布里-珀罗干涉仪的原理(吉莱-图努瓦干涉反射镜英语Gires–Tournois etalon),主要部分是两个互相垂直的长臂,每个臂长4,000米(13,000英尺),臂的末端悬挂着反射镜。管道采用不锈钢制成,直径1.2米(3英尺11英寸),内部真空度为10-12大气压。大功率的激光束在臂中来回反射大约50次,使等效臂长大大增加,形成干涉条纹。引力波会造成光程差发生变化,导致干涉条纹发生移动。

歷史[编辑]

LIGO汉福德探测器的北侧干涉臂

引力波是爱因斯坦广义相对论预言的一种时空波动,激光干涉引力波天文台设计目标是检测聯星系統超新星爆发致密星的合并、宇宙弦黑洞中子星等天体物理过程中产生的引力波。20世纪60年代,美国科学家约瑟夫·韦伯建造了铝制的棒状引力波探测器,试图用共振(谐振)原理探测引力波,后来世界各国又陆续建造了一些棒状探测器,但是效果并不理想。1970年代加州理工学院莱纳·魏斯等人意识到用激光干涉方法探测引力波的可能性,但是引力波的探测要求仪器的灵敏度达到能够检测长度到为10-21量级的变化,也就是1,000米(3,300英尺)的长度上变化10-18米,相当于质子尺度的千分之一,对技术的要求极其苛刻。20世纪90年代,如此高灵敏度所需的技术条件逐渐成熟。1991年,麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会的资助下,开始联合建设激光干涉引力波天文台。为了降低地震对系统带来的干扰,光学装置安装在结构复杂的防振台上,为降低空气分子热运动的影响,光路中抽成10-12大气压的真空。此外还要在路易斯安那州和华盛顿州建造两个相同的探测器,彼此相距3000公里。只有两个探测器同时检测到的信息才有可能是引力波的信号。[16]

2016年2月11日,LIGO和VIRGO共同宣布首次探测到了引力波

先进LIGO[编辑]

激光干涉引力波天文台于1999年11月建成,耗资3.65亿美元。2005年,激光干涉引力波天文台开始进行改造,包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。改造之后的探测器灵敏度将提高1个数量级,称为先进激光干涉引力波天文台(Advanced LIGO)。

未来[编辑]

"LIGO-印度"是倡议中的LIGO实验室和印度引力波观测组织英语Indian Initiative in Gravitational-wave Observations(INDIGO)之间拟议的合作项目,旨在打造印度的世界级的引力波探测器。

參見[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ http://www.cpr.cuhk.edu.hk/emotion/2016/3/indexe.html#a2
  2. ^ LSC/Virgo Census. myLIGO. [28 November 2015]. 
  3. ^ 3.0 3.1 Castelvecchi, Davide, Hunt for gravitational waves to resume after massive upgrade: LIGO experiment now has better chance of detecting ripples in space-time, Nature News, 15 September 2015 [12 January 2016] 
  4. ^ Major research project to detect gravitational waves is underway. University of Birmingham News. University of Birmingham. [28 November 2015]. 
  5. ^ Shoemaker, David. The evolution of Advanced LIGO (PDF). LIGO Magazine. 2012, (1): 8. 
  6. ^ Zhang, Sarah. The Long Search for Elusive Ripples in Spacetime. 15 September 2015. 
  7. ^ Larger physics projects in the United States, such as Fermilab, have traditionally been funded by the Department of Energy.
  8. ^ LIGO Fact Sheet at NSF
  9. ^ Gravitational wave detection a step closer with Advanced LIGO. SPIE Newsroom. [4 January 2016]. 
  10. ^ LIGO Hanford's H1 Achieves Two-Hour Full Lock. February 2015. 
  11. ^ Amos, Jonathan. Advanced Ligo: Labs 'open their ears' to the cosmos. BBC News. 19 September 2015 [19 September 2015]. 
  12. ^ Planning for a bright tomorrow: prospects for gravitational-wave astronomy with Advanced LIGO and Advanced Virgo. LIGO Scientific Collaboration. 23 December 2015 [31 December 2015]. 
  13. ^ LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, B. P. Abbott. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letter 116, 061102 (2016). February 11, 2016 [2016-02-11]. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. 
  14. ^ Castelvecchi, Davide; Witze, Witze. Einstein's gravitational waves found at last. Nature News. 11 February 2016 [11 February 2016]. doi:10.1038/nature.2016.19361. 
  15. ^ Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction (PDF). LIGO. February 11, 2016 [11 February 2016]. 
  16. ^ Astrophysical Sources of Gravitational Radiation. 

延伸閱讀[编辑]

外部連結[编辑]