LIGO发现引力波:一个新时代的起点

2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到来自两个恒星质量黑洞并合所产生的引力波信号GW150914。这是一个划时代的发现,正式标志着人类探索宇宙的脚步步入了一个新的纪元。本文就什么是引力波、如何探测引力波,即这次探测相关的种种细节进行了分析与讨论。     

和LIGO一起倾听天籁之音

正100年前,爱因斯坦用广义相对论预言了引力波的存在,认为引力是弯曲时空的产物,引力波就是大质量物体相互影响时产生的时空涟漪。如今,科学家终于探测到了引力波存在的直接证据。2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家宣布发现了13亿光年之外的两个黑洞碰撞产生的引力波的信号,这个被称作GW150914的引力波是在去年9月14日被LIGO检测到的。理论上,宇宙中应该不乏引力波的痕迹。像超新星爆发、中子星超速运转、黑洞双星或双中子星旋近这些外力     

天琴计划与国际合作

<正>2016年2月11日,LIGO(theLaserInterferometer Gravitational-Wave Observatory)科学合作组宣布于2015年9月14日探测到来自GW150914的引力波信号~([1]).这是人类首次直接观测到引力波,也是人类首次观测到双黑洞并合的天文现象.全世界新闻媒体争相报道,造成极大轰动与回响.引力波探测的实现使人类进入了利用引力波来探     

人类首次探测到中子星-黑洞并合

<正>2020年1月5日,美国的地基激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, LIGO)探测到首例中子星-黑洞并合事件GW200105.这是继2015年9月14日探测到双黑洞并合引力波事件GW150914、2017年8月17日探测到双中子星并合事件GW170817之后,人类首次探测到中子星-黑洞并合事件(图1和2).     

并合双星系统的引力波理论模型

引力波直接探测已经被LIGO成功实现.在GW150914的数据处理中引力波理论模型起到了关键作用.理论模型不仅从原始数据的噪声中挖掘出引力波信号,使得探测结果的置信度达到5.1σ,而且还证认出其波源是并合的双黑洞.除了LIGO这样的地面引力波探测器,还有脉冲星计时计划和空间引力波探测计划等.在所用的这些引力波探测计划中,理论模型都扮演着信号提取和波源反演的重要角色.随着引力波天文学的逐渐开展,理论模型研究的重要性和紧迫性将变得越来越明显.双星系统是上述所有引力波探测计划最为重要和最为现实的波源.本文对双星系统的引力波理论模型研究现状作一个概括性介绍,并指出存在的问题和以后可能的研究方向.     

从大学辍学生到发明引力波探测器——雷纳·韦斯访谈录

正大约50年前,雷纳·韦斯(Rainer Weiss)就想到了探测引力波的办法。引力波是爱因斯坦广义相对论引力理论中所预测的无限小的时空涟漪。去年9月,关于引力波的预测终于梦想成真,1 000名物理学家通过激光干涉引力波天文台(LIGO)分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两个巨大的探测器,终于在2015年9月检测到了引力波:十亿光年外两个巨大黑洞碰撞时产生的脉冲波辐射。周围同事们猜测,麻省理工学院(MIT)物理学家     

首例引力波探测事件GW150914与引力波天文学

100年前,爱因斯坦从广义相对论出发,在理论上预言了引力波的存在.自20世纪60年代开始,科学家开始试图在实验上检测来自不同天体物理过程和宇宙学演化过程的引力波信号.经过了50多年的努力,位于美国的LIGO引力波探测器在2015年9月14日终于首次直接探测到了双黑洞合并的引力波信号,为人类的天文学研究打开了一扇全新的"引力波窗口".可以预见到在不久的将来引力波研究会从各个不同的引力波频段上探索宇宙的未知信息.本文从引力波的物理内容、空间和地面的探测手段及噪声限制、引力波在天体物理学等方面的可预见的科学产出、国内和国际上在这个研究领域的最新发展动态等方面,对引力波天文学做了简单的综述和讨论.另外,本文还就LIGO的首例引力波直接探测事件GW150914及其背后的双黑洞合并的物理过程做了一定的介绍.     

引力波探测的未来

<正>●在经历了二十年的漫长岁月并耗资超过5亿多美元,世界上最大的引力波探测器——LIGO——或将成为对引力波探测最为敏感的仪器。然而近十年来,LIGO的首要任务是搜寻引力波,但却没有任何发现。随着设备的升级,该项目将面临不得不最终兑现其承诺的残酷现实。在路易斯安那州巴吞鲁日东面的湿地中,对引力波的搜索在中午后才算真正开始。这缘于附近公     

从设想到成功:LIGO的漫漫长路

正建立激光干涉引力波天文台(LIGO)经历了一个漫长的故事。1972年,麻省理工学院的物理学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss)提出:可用他称为干涉仪的设备来探测时空中的涟漪。但是,直到2002年,位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的巨大干涉仪才检测和获取数据。在经过了一项2.05亿美元的五年升级计划之后,2015年9月14日检测到了引力波信号。韦斯说,在加州理工学院理论物理学家基普·索     

前沿

正1人类首次直接探测到引力波美国国家科学基金会召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布:人类首次直接探测到引力波。这次探测到的引力波是由13亿光年之外的2颗黑洞在合并的最后阶段产生的。探测到的引力波信号初始频率为35 Hz,接着迅速提升到了250 Hz,最后变得无序而消失,整个过程持续了仅0.25秒。     

目睹引力波的第一人

正2016年2月11日,在激光干涉引力波天文台(LIGO)工作的物理学家宣布,在几十年的努力后,他们已经检测到两个大质量黑洞爆炸性碰撞所引起的引力波(也就是时空涟漪)。LIGO是设置在路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两台庞大的仪器,为LIGO工作的科学家有一千人之多,但其中到底谁才是第一个见到人类等待了许久的信号的幸运儿呢?这份荣耀最终落在了一位说话嗓音轻柔的博     

百年引里波探索史

正激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家在2016年2月1 1日宣布,他们已经检测到引力波:也就是爱因斯坦在一百年前预测的时空涟漪。     

感受时空震颤的涟漪——来自2016年首期“未来论坛”的科学发声

100年前爱因斯坦广义相对论预言了引力波的存在,经过半世纪的搜寻,这一宇宙学"世纪悬案"于2016年2月11日有了结果:人类首次直接探测到引力波!顿时各界沸腾!这一"高冷"的基础科学突破在普通人中也掀起了涟漪,就让知力君带领大家,聆听引力波研究领域的权威们如何深度解密"引力波"!陈雁北加州理工学院物理学教授、美国物理学会会士、LIGO科学联盟核心成员1916年,爱因斯坦在他的方程中发现了所谓的弱引力场下的解,这个解便描述了引力波。从类比的方法来看,引力波很像水面上的波动。当水面振荡时,它的振荡会以水波的形式传播出去。同样的,时空几     

从旁观者到生力军

正在1.3亿光年外的长蛇座NGC4993星系,一例双中子星并合事件,为整个天文学界送上集体盛宴。2017年11月16日多国科学家同时宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星并合产生的引力波以及伴随的电磁信号,"多信使天文学"从此迎来全新时代。在这一国际合作探索过程中,中国不再是旁观者。从最早参与提出理论模型到南极天文观测,中国科学家正在成为前沿科学探索的生力军。美国"激光干涉引力波天文台"(LIGO)于8月17日捕捉到编号     

科学助力 神器也神奇

正在过去近10年的时间里,尽管圈子非常小,但一个全新的天文学领域正逐渐出现,那就是引力波天文学。和传统天文学使用天文望远镜对宇宙进行观测不同,引力波探测器使用的是激光和反射器,研究人员会让激光在两块呈直角方位的反射镜之间反射,并观察两束光波叠加时所呈现的干涉条纹特征。这正是位于美国的"激光干涉引力波天文台"(LIGO)所采用的做法。在2002—2010年运行时期,LIGO设施验证了其设计概念的可行性,随后     

科学的“大”与“小”

正《科学》杂志把"双中子星并合"评选为2017年度重大科学突破,是因为科学家对双中子星并合事件进行了多维度的详细观测,这一突破标志着天文学的发展进入了激动人心的新阶段,展现出潜力无限的未来,同时也是"大科学"研究的绝佳范例。美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的两个探测器和欧洲"处女座"(Virgo)引力波探测器     

众望所归:引力波探测摘得诺贝尔物理学奖

<正>雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩因他们在激光干涉引力波天文台探测"时空涟漪"的贡献分享了2017年诺贝尔物理学奖。三位物理学家因在引力波的首次直接探测中做出了决定性贡献,摘得2017年诺贝尔物理学奖。美国麻省理工学院的雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、加州理工学院的巴里·巴里什(Barry Barish)和基普·索恩(Kip Thorne)因他们在位于美国的激光干涉     

发现引力波——2017年诺贝尔物理学奖解读

2017年10月3日，终于到了宣布2017年物理学奖的时刻，诺奖委员会宣布：2017年的诺贝尔物理学奖授予三位美国物理学家雷纳?韦斯(Rainer Weiss)、基普?索里(Kip Stephen Thorne)和巴里?巴里什(Barry Clark Barish)，表彰他们对于研制激光干涉引力波天文台以及利用该天文台发现了引力波作出了决定性的贡献。这样的结果毫无悬念，和物理学界大部分学者的预言完全一样。那么，这个科学发现到底是什么？和现代物理学的发展有什么关系？爱因斯坦和这个发现是什么关系？引力波有什么用？有办法防引力波辐射吗？引力波探测与研究的未来是什么？中国在引力波探测领域的现状和未来计划是什么？笔者将在这篇文章里回答上面这些问题。     

探测器发现更多引力波

<正>在利用3架探测器进行了仅一个月的新一轮观测活动后,物理学家于2019年5月2日发布新闻公报说,他们发现了更多的引力波。自2015年首次探测到引力波以来,这些探测器已探测到13次由双黑洞碰撞产生的引力波、两次由双中子星碰撞产生的引力波,此次又探测到可能由黑洞和中子星碰撞产生的引力波。与此同时,伴随着探测量的不断增加,一位理论学家取得的一项进展,有望改变研究小组分析信号的方式,从而使检验阿尔伯特·爱因斯坦     

揭开宇宙奥秘的”钥匙”

<正>英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金曾表示:"引力波提供了一种人们看待宇宙的全新方式。(人类)探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。"由此可见,引力波探测对于天文学家和物理学家而言,有着至关重要的意义。首先,对引力波的研究可以加深物理学家对广义相对论的理解。广义相对论在对一些强引力天体系统的精确描述中,起到关键性的作用。在这些强引力系统中,牛顿力学不再适用,我们只能使用广义相对论来研究它们。通过对