2016年2月,激光干涉仪引力波观测台(LIGO)的科学家宣布首次探测引力波(GWs),创造了历史。宇宙结构中的这些涟漪是由黑洞合并或白矮星碰撞引起的,大约在一个世纪前由爱因斯坦的广义相对论首次预测。

大约一年前,LIGO进行了一系列硬件升级。随着这些升级现的完成,LIGO 最近宣布该天文台将于4月1日重新上线。在那时,它的科学家们预计其灵敏度的提高将允许“几乎每天”发生检测。

到目前为止,在大约三年半的时间里共检测到11个引力波事件。其中10个是黑洞合并的结果,而剩下的信号是由一对中子星碰撞引起的(一个千诺瓦事件)。通过研究这些事件和其他类似事件,科学家们已经有效地开启了一个新的天文学时代。

随着LIGO升级现已完成,科学家希望将来每年检测到的事件数量增加一倍。路易斯安那州立大学物理学和天文学教授GabrielaGonzález说,他花了数年时间寻找GWs:

“伽利略发明了望远镜,或者是400年前第一次使用望远镜进行天文学研究。今天我们仍在建造更好的望远镜。我认为这十年是引力波天文学的开始。所以这将继续取得进展,更好的探测器,不同的探测器,更多的探测器。“

位于华盛顿州汉弗罗德和路易斯安那州利文斯顿的两台LIGO探测器由两根混凝土管组成,这两根混凝土管连接在底座上(形成一个巨大的L形)并相互垂直延伸约3.2公里(2英里)。在管道内部,两个强大的激光束从一系列镜子反弹,用于测量每个臂的长度,具有极高的精度。

当引力波穿过探测器时,它们会扭曲空间并导致长度随着最小的距离而变化(即在亚原子水平)。据约瑟夫Giaime的LIGO观测站利文斯顿,路易斯安那州的负责人,最近的升级还包括光学系统,这将提高激光功率,并在他们的测量结果减少“噪音”。

在今年余下的时间里,第三个探测器(意大利的Virgo干涉仪)也将进行观测,这也将有助于对引力波的研究。在2016年11月至2017年8月的LIGO 最后一次观察期间,处女座只能运作,能够为其最终提供支持。

此外,日本的KAGRA天文台预计将在不久的将来上线,从而实现更强大的检测网络。最后,在世界各地拥有多个远程隔开的观测站不仅可以进行更大程度的确认,而且还有助于缩小GW源的可能位置。

对于下一次观测,GW天文学家还将受益于公共警报系统 - 这已经成为现代天文学的常规特征。基本上,当LIGO检测到GW事件时,团队将发出警报,以便世界各地的天文台可以将他们的望远镜指向源 - 以防事件产生可观察的现象。

对于2017年发生的窑事件(也称为GW170817)来说,情况确实如此。在产生GWs的两颗中子星相撞后,明亮的余辉随着时间的推移逐渐变得更加明亮。碰撞还导致释放超高速射流材料并形成黑洞。

世界各地目前和计划中的引力波(GW)观测站。图片来源:LIGO-Caltech

根据麻省理工学院的引力波研究员Nergis Mavalvala所说,迄今为止,与GW事件有关的可观察现象一直是罕见的。此外,总会有机会发现一些完全意想不到的东西,让科学家感到困惑和震惊:

“我们只看到了那些可能存在的黑洞。有很多很多问题我们仍然不知道如何回答......这就是发现的方式。你打开一个新仪器,你指出它在天空,你会看到一些你不知道存在的东西。“

引力波研究仅仅是近来天文学发生的几次革命之一。与其他研究领域(如系外行星研究和早期宇宙的观测)非常相似,它将在未来几年中引入改进的仪器和方法。