LIGO技术升级再创辉煌：从引力波探测到纳赫兹引力波突破

LIGO技术升级再创辉煌：从引力波探测到纳赫兹引力波突破

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https://new.qq.com/rain/a/20240531A050SE00

2.

https://www.sohu.com/a/852007702_121798711

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https://opt.cas.cn/kpyd/kpwz/202401/t20240129_6961117.html

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https://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202404/4aa45d728afd4034869469cefc83b9f0.shtml

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https://www.toy-people.com/?paged=991&tag=ligo-design

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https://www.sbs-mag.com/contents/39/20093.html

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http://www.news.cn/globe/2024-03/21/c_1310768008.htm

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https://www.leice.com/show.asp?id=153

2024年，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）再次成为科学界关注的焦点。作为目前世界上最重要的引力波探测装置之一，LIGO正在通过一系列技术升级和改进，不断提升其探测能力，为我们揭示更多关于宇宙深处的秘密。

LIGO的核心原理是利用激光干涉仪来探测引力波。其基本结构是一个巨大的L型迈克尔孙干涉仪，每条臂长达到4公里。当引力波经过地球时，它会轻微地拉伸和压缩空间，导致干涉仪两臂的长度发生微小变化，从而改变激光的干涉模式。这种变化极其微小，相当于质子直径的万分之一，因此对探测器的灵敏度要求极高。

为了提高探测灵敏度，LIGO团队采取了多项技术改进措施：

1. 延长干涉仪臂长：臂长越长，引力波引起的长度变化就越明显。LIGO的两条臂各长4公里，这是目前工程实现的极限。

2. 增加法布里-珀罗腔：在每条臂中增加额外的反射镜，形成光学谐振腔，使激光在反射镜之间反射约300次，将有效臂长从4公里增加到1200公里。

3. 隔震系统：采用多级隔震系统，包括主动隔震平台和被动隔震悬挂系统，以消除地面震动的影响。

4. 环境监测：安装大量环境传感器，监测温度、压力、湿度等环境参数，排除环境因素对信号的干扰。

自2015年首次直接探测到引力波以来，LIGO及其姊妹天文台Virgo已经取得了多项重大发现：

• 首次引力波探测：2015年9月14日，LIGO首次直接探测到引力波信号，证实了爱因斯坦广义相对论的预言。这一发现来自距离地球约13亿光年的一次双黑洞并合事件，两个黑洞的质量均接近30倍太阳质量。

• 中等质量黑洞的发现：2019年5月21日，LIGO探测到一个双黑洞并合事件，两个黑洞的质量分别为85倍和66倍太阳质量，最终形成了一个约142倍太阳质量的新黑洞。这一发现首次证实了中等质量黑洞的存在。

• 引力波事件数量激增：截至2024年1月，人类已探测到超过200个引力波事件，这些观测数据极大丰富了我们对黑洞和中子星并合事件的理解。

纳赫兹引力波是引力波频谱中的低频部分，波长可达数光年，主要由超大质量双黑洞系统产生。探测纳赫兹引力波对于理解宇宙大尺度结构的形成和演化具有重要意义。

目前，探测纳赫兹引力波的主要方法是利用脉冲星计时阵列（PTA）。中国脉冲星计时阵列（CPTA）利用500米口径球面射电望远镜（FAST）在3年内就发现了纳赫兹引力波存在的关键证据，置信度达4.6σ。这一发现被美国《科学》杂志评选为2023年度十大科学进展之一，标志着中国在纳赫兹引力波探测领域已跻身世界前列。

LIGO的主要目标是探测引力波，而不是直接探测"宇宙最强力"。虽然引力波是宇宙中极其强大的力量之一，但将其称为"最强力"并不准确。在物理学中，已知的四种基本力中，强核力是最强的，但LIGO并不直接探测这种力。

通过不断的技术升级和改进，LIGO正在为我们打开一扇观测宇宙的新窗口。从黑洞并合到中子星碰撞，这些宇宙中最剧烈的事件都在向我们诉说着宇宙的奥秘。随着探测灵敏度的提高，我们有理由相信，LIGO将继续为我们带来更多令人惊叹的发现。