引力波成功探測——愛因斯坦百年預(yù)言證實(shí)谅摄!

OFweek儀器儀表網(wǎng)訊:2016年2月11日吨灭,美國國家科學(xué)基金和歐洲引力天文臺召開對外新聞發(fā)布會,正式宣布有史以來宙地,科學(xué)家第一次直接觀測到了來自遙遠(yuǎn)宇宙的劇變事件所產(chǎn)生的時(shí)空漣漪——引力波摔认。這一探測證實(shí)了阿爾伯特·愛因斯坦1915年發(fā)表的廣義相對論的一個重要預(yù)言,并開啟了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口宅粥。

引力波攜帶了產(chǎn)生它的經(jīng)歷異常激烈天體物理過程的天體源信息参袱,同時(shí)引力波還攜帶了揭示引力本質(zhì)的信息,這些信息是其它類型信號所不能獲得的秽梅。物理學(xué)家們確信他們探測到了來自兩個黑洞最后并合瞬間的引力波抹蚀,這兩個黑洞的并合最終形成了一個更大質(zhì)量的快速旋轉(zhuǎn)的黑洞,這一現(xiàn)象長久以來就被理論預(yù)言企垦,然而在此之前從未被觀測到环壤。

這一引力波信號于世界協(xié)調(diào)時(shí)間2015年9月14日9:51(北京時(shí)間當(dāng)天下午17:51),由分別位于美國路易斯安那州列文斯頓(Livingston, Louisiana)和華盛頓州漢福德(Hanford, Washington)的激光干涉引力波天文臺(LIGO)的一對探測器同時(shí)探測到钞诡,該臺由美國國家科學(xué)基金資助郑现,由加州理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院構(gòu)思、建造并運(yùn)行荧降。這一發(fā)現(xiàn)是由LIGO科學(xué)合作組織(包含GEO合作組織和澳大利亞干涉引力天文協(xié)會)以及室女座引力波探測器(Virgo)合作組織共同完成接箫,數(shù)據(jù)來自兩個 LIGO探測器。本次發(fā)現(xiàn)被物理評論快訊(Physical Review Letters)期刊接受發(fā)表朵诫。

分別位于Livingston和Hanford的LIGO探測器以及它們分別探測到的引力波信號辛友。兩個探測器距離3000公里(相當(dāng)于光速傳播10毫秒)。這一引力波首先到達(dá)Livingston探測器剪返,7毫秒之后到達(dá)Hanford探測器废累,這意味著引力波源位于南半球天區(qū)。另外脱盲,根據(jù)這一觀測信號邑滨,LIGO科學(xué)家算出事件發(fā)生在13億年前,兩個黑洞分別為29和36倍太陽質(zhì)量宾毒,在不到1秒的時(shí)間內(nèi)將大概3個太陽質(zhì)量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為了引力波驼修,峰值功率輸出大概相當(dāng)于可見宇宙總功率的50倍。

LIGO的研究工作由LIGO科學(xué)合作組織(LSC)完成诈铛,這一合作組織包含來自美國和其他14個國家的1000多名科學(xué)家乙各。LSC中的90多所大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)參與研發(fā)了探測器所使用的技術(shù),并分析其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幢竹;在組織中耳峦,有約250名做出重要貢獻(xiàn)的成員是學(xué)生。LSC探測網(wǎng)絡(luò)包括LIGO和GEO600探測器焕毫。GEO團(tuán)隊(duì)包括來自于德國馬克斯—普朗克引力物理研究所(阿爾伯特·愛因斯坦研究所(AEI))蹲坷,漢諾威萊布尼茲大學(xué)與格拉斯哥大學(xué)驶乾,加迪夫大學(xué),伯明翰大學(xué)循签,其他英國的大學(xué)以及西班牙的巴利阿里群島大學(xué)的科學(xué)家级乐。

LIGO這種用激光干涉探測引力波的方法最初是在上世紀(jì)80年代提出的,主要的提出人有麻省理工學(xué)院物理學(xué)榮休教授雷納·韋斯(Rainer Weiss)县匠,加州理工學(xué)院的理查德·費(fèi)曼理論物理學(xué)講座榮休教授基普·索恩(Kip Thorne)以及同樣來自加州理工學(xué)院的物理學(xué)榮休教授羅納德·德雷弗(Ronald Drever)风科。

室女座引力波探測器(Virgo)的研究工作由Virgo合作組織完成,這一組織包含250多名物理學(xué)家和工程師乞旦,分別隸屬于19個不同的歐洲的實(shí)驗(yàn)室贼穆,包括法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)的6個研究所、意大利國家核物理研究院(INFN)的8個研究所兰粉、2個荷蘭國家核物理及高能物理研究所故痊、匈牙利維格納研究所,波蘭引力研究組和放置室女座引力波探測器的歐洲引力天文臺玖姑。

這一發(fā)現(xiàn)得益于高新激光干涉儀引力波天文臺(Advanced LIGO)探測能力的大大提升愕秫。相比于第一代LIGO探測器,Advanced LIGO的重要升級工作使得儀器的靈敏度大大增強(qiáng)客峭,從而可以大大增加可探測的宇宙空間豫领,也直接導(dǎo)致在其第一次觀測運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)引力波。美國國家科學(xué)基金會主導(dǎo)了高新激光干涉的財(cái)政支持舔琅。德國的馬克斯—普朗克學(xué)會,英國科學(xué)與技術(shù)設(shè)施委員會和澳大利亞研究基金會等資助機(jī)構(gòu)均作出了重要支持洲劣。使高新探測器靈敏度大大提高的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)由德國—英國的GEO合作組織開發(fā)并測試备蚓。主要的計(jì)算機(jī)資源由AEI的Atlas機(jī)群,LIGO實(shí)驗(yàn)室囱稽,雪城大學(xué)和威斯康星大學(xué)密爾沃基分校貢獻(xiàn)郊尝。一些大學(xué)設(shè)計(jì)、建造并測試了Advanced LIGO的關(guān)鍵部分:澳大利亞國立大學(xué)战惊、阿德萊德大學(xué)流昏、佛羅里達(dá)大學(xué)、斯坦福大學(xué)吞获、紐約哥倫比亞大學(xué)和路易斯安那州立大學(xué)况凉。

2009年LSC接受清華大學(xué)為正式成員,清華大學(xué)目前是中國大陸唯一一個LSC成員各拷。清華大學(xué)LSC研究團(tuán)隊(duì)由清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員刁绒,清華大學(xué)天體物理中心兼職研究員,LSC理事會成員曹軍威負(fù)責(zé)烤黍,研究團(tuán)隊(duì)還包括清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系副教授都志輝和王小鴿等成員知市。研究團(tuán)隊(duì)著重采用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)提高引力波數(shù)據(jù)分析的速度和效率傻盟,參與了LSC引力波暴和數(shù)據(jù)分析軟件等工作組相關(guān)研究。

清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主要與麻省理工學(xué)院嫂丙、加州理工學(xué)院和西澳大利亞大學(xué)等LSC成員合作開展工作娘赴,主要研究成果包括:GPU加速引力波暴數(shù)據(jù)分析和實(shí)現(xiàn)低延遲實(shí)時(shí)致密雙星并合信號的搜尋;采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法加強(qiáng)引力波數(shù)據(jù)噪聲的分析跟啤;分析引力波事件顯著性的系統(tǒng)誤差等筝闹,研究成果發(fā)表在物理評論D等期刊。清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)還參與構(gòu)建引力波數(shù)據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)平臺腥光,開發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件工具為LSC成員廣泛使用关顷。另外,六年多來研究團(tuán)隊(duì)作為LSC成員武福,LSC數(shù)據(jù)分析結(jié)果已經(jīng)在自然议双、物理評論快訊、物理評論D等期刊上發(fā)表論文數(shù)十篇捉片,按LSC國際合作規(guī)則平痰,論文由全體成員署名,按作者姓氏的英文字母次序排序伍纫。清華大學(xué)LSC研究團(tuán)隊(duì)的工作獲得了國家自然科學(xué)基金委和清華大學(xué)自主科研計(jì)劃項(xiàng)目的支持宗雇。

雖然國際上引力波科學(xué)研究和觀測工作開展的如火如荼,中國在這方面的基礎(chǔ)還相對薄弱莹规,目前尚沒有自主建設(shè)的引力波天文臺赔蒲。隨著國際上引力波直接觀測的成功和引力波天文學(xué)時(shí)代的開啟,中國亟需自主建設(shè)引力波天文臺良漱,一是要腳踏實(shí)地從培養(yǎng)人才入手舞虱,二是要有開放合作的心態(tài),充分借鑒國際上已有的研究和實(shí)驗(yàn)成果母市,三是要大力加強(qiáng)科學(xué)目標(biāo)引領(lǐng)下的跨領(lǐng)域合作矾兜,才有可能帶動一系列的技術(shù)創(chuàng)新和科學(xué)發(fā)現(xiàn),進(jìn)一步推動我國引力波科學(xué)研究的發(fā)展患久。

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