【星闻星事系列04】下一代迷你引力波探测器

发布者:江苏省天文学会文章来源:江苏省天文学会发布时间:2019-07-30浏览次数:13


目前,数千米长的探测器已探测到了引力波,但下一代的引力波探测器可能只有一张桌子那么大。

  

[图片说明]:宇宙中大质量天体的并合产生了已被探测到的引力波。较小物体间的碰撞,例如暗物质粒子,也会产生引力波。版权:EPA/R. Hurt /Caltech-JPL 

  

2015年,人类首次探测到了引力波,它们是爱因斯坦在一个世纪前所预言的时空涟漪。这些引力波由两个黑洞并合产生,其中每个黑洞的质量都比太阳的大得多。从那之后,激光干涉引力波天文台又探测到至少10个引力波信号。它们大多数来自黑洞,有一个则来自中子星的并合。中子星是大质量恒星死亡后形成的致密天体。 

  

为了搜寻这些引力波事件,必须要建造庞大的“L”形探测器,它的每条臂都长达4千米。只有使用如此巨大的装置才能探测到宇宙深处黑洞和中子星等大型天体并合所产生的引力波信号,其波长可达几百甚至几千千米。 

  

然而,更小得多的天体事件也能产生引力波,例如宇宙早期微小的原初黑洞、太阳大小的黑洞、甚至还有被称为“轴子”的、假象中的暗物质候选粒子。 

  

最近,科学家正在寻找一种方法来搜寻这些小型天体所发出的引力波。这也许只需要臂长1米的探测器就可完成,小到足以放在一张标准的实验台上。该装置被称为悬浮传感探测器,它将为引力波探测打开一扇新的窗口。 

  

在形状上,它与激光干涉引力波天文台相似。但在每个方向上它的臂长只有几十厘米,仅为前者的几千分之一。不同于在激光干涉引力波天文台的探测臂中来回反射激光,悬浮传感探测器会跟踪通过辐射压而悬浮在其探测臂中的粒子。当引力波扰动这些粒子时,它就会知道有引力波事件发生了。  

  

就像天文学家需要使用不同的望远镜分别在射电、可见光或X射线等波段来研究天体一样,每一种引力波探测器也有各自的探测范围。激光干涉引力波天文台和位于意大利的室女座引力波天文台适合用于搜寻恒星质量黑洞并合产生的引力波事件。欧洲空间局正在推动激光干涉空间天线计划,它由太空中编队飞行的多个探测器组成,专门用来搜寻超大质量黑洞吞噬恒星以及黑洞和中子星这样的致密天体相互绕转的事件。 

  

悬浮传感探测器致力于探测引力波谱的另一端,搜寻尺度最小、信号频率最高的事件。该项目已获得100万美元的资助。科学家计划用2年时间建造一台原型机,并试运转1年。虽然还不清楚需要多长时间才能探测到尚未被证明存在的轴子,但恒星质量黑洞肯定是存在的。激光干涉引力波天文台的成功已经证明,尽管引力波很难探测,但只要技术得当,存在大量的信号有待发现。 


原文链接:http://www.astronomy.com/news/2019/07/scientists-start-developing-a-mini-gravitational-wave-detector 


作者:Korey Haynes 

编译:周天倚  

校审:谢懿