引力波成功探测——爱因斯坦百年预言证实!

  2016年2月11日,美国国家科学基金和欧洲引力天文台召开对外新闻发布会,正式宣布有史以来,科学家第一次直接观测到了来自遥远宇宙的剧变事件所产生的时空涟漪——引力波。这一探测证实了阿尔伯特·爱因斯坦1915年发表的广义相对论的一个重要预言,并开启了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口。

  引力波携带了产生它的经历异常激烈天体物理过程的天体源信息,同时引力波还携带了揭示引力本质的信息,这些信息是其它类型信号所不能获得的。物理学家们确信他们探测到了来自两个黑洞最后并合瞬间的引力波,这两个黑洞的并合最终形成了一个更大质量的快速旋转的黑洞,这一现象长久以来就被理论预言,然而在此之前从未被观测到。

  这一引力波信号于世界协调时间2015年9月14日9:51(北京时间当天下午17:51),由分别位于美国路易斯安那州列文斯顿(Livingston, Louisiana)和华盛顿州汉福德(Hanford, Washington)的激光干涉引力波天文台(LIGO)的一对探测器同时探测到,该台由美国国家科学基金资助,由加州理工学院和麻省理工学院构思、建造并运行。这一发现是由LIGO科学合作组织(包含GEO合作组织和澳大利亚干涉引力天文协会)以及室女座引力波探测器(Virgo)合作组织共同完成,数据来自两个 LIGO探测器。本次发现被物理评论快讯(Physical Review Letters)期刊接受发表。

  分别位于Livingston和Hanford的LIGO探测器以及它们分别探测到的引力波信号。两个探测器距离3000公里(相当于光速传播10毫秒)。这一引力波首先到达Livingston探测器,7毫秒之后到达Hanford探测器,这意味着引力波源位于南半球天区。另外,根据这一观测信号,LIGO科学家算出事件发生在13亿年前,两个黑洞分别为29和36倍太阳质量,在不到1秒的时间内将大概3个太阳质量的物质转化为了引力波,峰值功率输出大概相当于可见宇宙总功率的50倍。

  LIGO的研究工作由LIGO科学合作组织(LSC)完成,这一合作组织包含来自美国和其他14个国家的1000多名科学家。LSC中的90多所大学和科研机构参与研发了探测器所使用的技术,并分析其产生的数据;在组织中,有约250名做出重要贡献的成员是学生。LSC探测网络包括LIGO和GEO600探测器。GEO团队包括来自于德国马克斯—普朗克引力物理研究所(阿尔伯特·爱因斯坦研究所(AEI)),汉诺威莱布尼兹大学与格拉斯哥大学,加迪夫大学,伯明翰大学,其他英国的大学以及西班牙的巴利阿里群岛大学的科学家。

  LIGO这种用激光干涉探测引力波的方法最初是在上世纪80年代提出的,主要的提出人有麻省理工学院物理学荣休教授雷纳·韦斯(Rainer Weiss),加州理工学院的理查德·费曼理论物理学讲座荣休教授基普·索恩(Kip Thorne)以及同样来自加州理工学院的物理学荣休教授罗纳德·德雷弗(Ronald Drever)。

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