天文台四度檢測到重力波,Virgo 加入偵測行列精度提高 10 倍

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 30 日 0:00 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

人類史上第四度檢測到重力波「GW170814」,老樣子是由兩個恆星黑洞併合引起。這次特別的是,大規模升級過後的歐洲先進處女座干涉儀(Virgo)首次加入美國雷射干涉重力波天文台(LIGO)的檢測行列,2 個禮拜內就立下檢測重力波功勞。科學家表示,兩者結合之後將構成「三角測量帶」,未來不只檢測重力波的精度提高 10 倍,還能精確知道重力波源自哪裡,接下來更可能每週都會發現新的重力波。



前 3 個都由兩兩黑洞碰撞合併引發的重力波,都是雷射干涉重力波天文台(LIGO)偵測的功勞,第一個發現的「GW150914」重力波,源於離地球約 13 億光年的兩個黑洞旋近併合,質量分別為太陽質量的 29 倍及 36 倍,併合為太陽質量 62 倍的黑洞,其中有約 3 倍太陽質量的能量在不到 1 秒的時間內以重力波形式釋出。

2015 年 12 月 26 日,LIGO 第二次探測到重力波「GW151226」(團隊於 2016 年 6 月 15 日發表聲明),是由 14.2 倍及 7.8 倍太陽質量的兩個黑洞合併,發生地點離地球約 14 億光年,最後合併成 20.8 倍太陽質量的黑洞;2017 年 1 月 4 日,LIGO 第三次探測到重力波「GW170104」,離地球 29 億光年,由 31.2 倍及 19.4 倍太陽質量的兩個黑洞合併,形成約太陽質量 48.7 倍的黑洞。

而第四個重力波「GW170814」則是由 LIGO 和 大規模升級的先進處女座干涉儀(Virgo) 於 2017 年 8 月 14 日上午 10 點 30 分首次合作偵測到,兩個互相碰撞的恆星黑洞距離地球約 18 億光年,質量大小分別為太陽質量的 31 倍和 25 倍,新生的旋轉黑洞質量則大約是太陽質量的 53 倍。

Virgo 主要是由法國國家科學研究中心(CNRS)、義大利國家核物理研究所(INFN)和荷蘭、波蘭、匈牙利等 5 個歐洲國家合作組織所組成,名稱來自約包含 1,500 個星系、距離地球約 5,000 萬光年的處女座星系團,該星系團是離地球最近的大型星系團,且擁有雙星系統、中子星、黑洞、超新星等各種有意思的可能波源,觀測到重力波的機會高。

▲ 處女座干涉儀。(Source:LIGO 天文台

而 Virgo 大規模升級之後,於今年 8 月 1 日加入 LIGO 的檢測行列,2 個禮拜內就立下功勞。天文台科學團隊表示,由於位於歐洲的 Virgo 能檢測到與美國實驗室完全不同方向的重力波,它將與 LIGO 分別位於華盛頓州和路易斯安那州的兩座雷射干涉探測器形成「三角測量帶」,透過結合不同干涉儀的數據,天文學家將能更容易確認重力波源自哪裡。

雖然這次觀察可能會讓一些天文學家感到微微失落,因為不久前有尚未經證實的流言指出,人類檢測到的第四個重力波可能來自雙中子星碰撞,一個可能揭開重力波天文學全新篇章的領域。和黑洞不同,中子星會發出可見光束,天文學家將能指揮地面上的強大望遠鏡朝向重力波源獵奇,期待得到些新發現。

▲ 併合引發重力波並檢測到的兩兩黑洞質量比較圖。(Source:LIGO 天文台

但蘇格蘭格拉斯哥大學物理與天文學教授馬丁‧亨德利(Martin Hendry)說,迄今為止檢測到的 4 個重力波都都涉及類似大小的黑洞碰撞,這已經是一個驚喜,可能會讓天文學家漸漸排除一些模型。麻省理工學院物理學家暨 LIGO 發言人 David Shoemaker 也表示,隨著兩方共 3 台干涉儀合作,未來可能每週都會發現新的重力波。

(首圖來源:LIGO 天文台

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