天文台引力波是怎么为探测的

By admin in 天文台 on 2018年10月16日

2017年诺贝尔物理学奖,颁发给了美国物理学家外斯(Rainer Weiss),
巴里什(Barry Clark Barish) 和 索恩(Kip Stephen Thorne), 以表扬他们呢LIGO
探测器建设同引力波探测所作出的奉献。

蹭点热度,介绍下LIGO测量引力波的点子。

作者从IT工作连年,当年教师教的知为还的大多了。
讲的非精确之地方,大家海涵。

引力波

冲爱因斯坦之广义相对论, 引力场是时空中之曲率。
质量在时空中移动,引起了曲率的生成。这种变化会以光速向外扩散,这种时空波动的涟漪就是引力波。

并无是有所的位移尚且见面发生引力波,必须是不对如之走导致了季极端矩随时间变更才能够发出引力波。举个例子,如果您转移一单铅笔。如果顺着铅笔芯转,就不会见起引力波。但在指进行转笔。就会滋生引力波动了。

当引力波经过地球之时段,我们全时空,当然为包罗有的物体,每个人且受拉伸,压缩;再关伸,再减少。

这时,空间被的个别个物体的距离会发生变化。但简单单物体中的相距变化不需外的作用力。变化的凡空中本身!

想象图,引力波通过地球时,地球被“压”变形

之所以,只要我们来看零星个物体之间的离开变化了,
并且在是历程被物体并没受力,我们就知凡是引力波来了。

引力波的探测原理

引力波的探测有些许单难题:

  • 探测两个物体的离,
    我们不克因此普通的尺子。因为,引力波通过下,空间中满物体都见面变形,一般的尺子也会变形,拿尺子量是力不从心测量出物体中相距变化之。

  • 引力波强度及传颂距离成反比,导致宇宙深处传来的引力波引起空间应变很有些。
    2015年9月LIGO检测及之引力波应变也只来10-21 .
    也就是是说1米的物体,只见面叫削减或牵涉伸10-21米。 与这相比,
    一个质的触发以及半径约是10-15米。检测如此之小之形变,几乎是天方夜谭

缓解这有限单难题,需要使用到Michelson光干涉仪。 他的基本原理如下图。

Michelson光干涉仪光路图

光源发出激光,通过分束器,分别将有关光射向星星独平面镜。光到达平面镜后,经过反射再回来到光学分束器合并之后,在检测器上呈现了有关图像。

仅仅在干涉仪中来点儿只光路,一个走过光程A,另一个走过光程B。光程差是单独波长的整倍时,就会见出现相长的干预图像。如果是光程差是只有波长的0.5
1.5 2.5倍增时,就会见起相消的干预图像。
只需要着眼相干图像的明暗变化,就知道平面镜和分束器的去出现变化了。

对此眼前提到的星星点点单难题

  • 光速是无限中心的自然界常量,具有无变性,光波长不会见就空间的变形而变形。
    所以引力波经过地到球的当儿,平面镜到分束器的离变了。由于光程A和光程B是笔直方向,两独样子转变幅度不等同,而只是波长不更换,我们就能收看有关图像的明暗变化了。
  • 出于引力波的变最为小,实际上光程A与B之间的光程差变化吗不行有些。真实的干涉仪的干涉臂需要编制的好丰富,并且吃特在干预臂反复折返才能够一起足够的光程差。

LIGO , 不是乐高 (LEGO) 🙂

激光干涉引力波天文台(英语:Laser Interferometer Gravitational-Wave
Observatory,缩写:LIGO)是一个超大规模的激光干涉仪。

  • LEGO 有半点单4KM 的干涉臂
  • 为提升精度,LEGO让光于干预臂里飞280围,才进行合并干涉
  • 为多少的准确性,确认距离变化是引力波而未是另干扰,如地震,引起的。一共建立了点滴单相同搜索一样的LIGO,一个当美国底西北角,一个当美国的东南角落。只有少数个实验室,在距离7ms(引力波在少数单LIGO之间传播的光阴)里观看同一模子一样的测试结果,才算是有效的。

有数单LEGO 一个每当华盛顿,一个在路易斯安那

Google maps上望底星星点点单四公里之干涉臂

再度来天文台张实景

LIGO“听”到了什么

  • 鲜独LIGO在时刻间隔7ms,发现了扳平搜一样的激动波形。
    震动频率在8只往返从35Hz增加及250Hz.
  • 按照科学家分析(我是全无掌握), 这是13亿光年外,也即是13亿年以前。
    两只质量分别吗36加倍太阳质量及24倍太阳质量之黑洞合并放出的。由于黑洞的引力场如此强硬,合并中裁减的3.05倍太阳质量的能量不能够由电磁波传出,几乎百分之百坐引力波形式传播。传了13亿年,传至了球!
  • 黑洞合并之后,新的黑洞本身更怎么转,
    四极矩不再剧烈变化(就比如前提到的铅笔沿着自己的笔芯旋转),引力波也尽管熄灭了。

区区单黑洞互相绕在兜,越转越快,最后合并了

参考文献

  1. Wikipedia :
    激光干涉引力波天文台
  2. Youtube: The Absurdity of Detecting Gravitational Waves,
    强烈推荐去看

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