LIGO迴歸！引力波天文學進入新紀元_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：楊伯順

校對：郭皓存 王茸 王婧彧

中子星碰撞藝術想象圖

Credit: NASA/Swift/Dana Berry

經過了長時間的韜光養晦，如今功力大漲、重回天文界的引力波探測器，在剛剛進入第三個觀測週期的短短一個月之內，便已經精準定位了五次引力波事件的源頭——其中有一個可能是人類第一次觀測到的黑洞-中子星合併事件。

LIGO引力波天文台於上個月開啓了第三輪觀測，使用其兩個觀測地點（一個在華盛頓州，一個在路易斯安納州）和位於意大利的VIRGO探測器，對宇宙中的巨大撞擊事件進行精確定位。

LIGO與VIRGO的研究者於美國當地時間上週四上午舉行了新聞發佈會，公佈了雙方合作的最新發現，同時展望了快速發展的引力波天文學的未來。

“這輪觀測開啓了引力波天文學的新紀元，因為在獲取觀測數據之後，我們能夠非常迅速地將觀測候選成員公之於眾。在僅僅一個月的觀測中，我們已經確認了5個引力波候選者。這完全得益於過去18個月中LIGO與VIRGO大幅度的性能提升，”由內部投票推選出的LIGO發言人帕特里克•布拉迪教授(Patrick Brady, University of Wisconsin-Milwaukee)在發佈會中講道。

太空專家解讀引力波的發現

通過追蹤時空中的微小扭曲（通過測量激光穿越兩個“L”形結構探測臂的時間差異），每一個LIGO探測器都可以探測到距離地球幾百萬乃至幾十億光年之外的巨大天體撞擊事件。他們的方法是將跨越美國的兩個測量結果合併，輔以意大利的VIRGO觀測結果；科學家由此可以對其進行三角測量，定位引力波源頭位置。隨着這些探測器精度的提高，它們可以探測到更加微弱的引力波信號。

最新的探測結果顯示，有三個是雙黑洞合併，一個是雙中子星合併。布拉迪教授表示：“第五個候選者是我們在4月26號發現的，它有趣的地方在於，它可能來自於一次黑洞-中子星合併事件；然而不幸的是，這個候選者的信號過於微弱，所以我們需要一些時間來確認這個結果。從上週開始，世界上的天文學家們都開始激動地利用自己的望遠鏡對這些事件進行追蹤，希望能夠‘看’到這些事件。雖然現在他們還沒發現什麼跡象，但是這次真的是一次全球性的共同努力。”

“毫無疑問，四月是一個無與倫比的科學月，”VIRGO的數據分析協調師喬瓦尼•普羅迪(Giovanni Prodi, Università di Trento & INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)補充道。

漢福德天文台航拍視角，顯示了兩隻4公里長的探測臂

Credit：LIGO Laboratory

從2015年第一輪探測至今，LIGO已經記錄下了兩個雙中子星合併事件，13個雙黑洞合併，以及一個可能的黑洞-中子星合併事件。中子星合併會產生光，科學家們會競相使用天文望遠鏡來發現合併事件的光學證據。2017年發現的雙中子星合併事件中，地球科學家使用了70個地面與太空望遠鏡，觀測到了此次事件。

天文學家依然在試着確認4月25/26日兩天發生的兩個觀測事件。第一個可能是一次中子星合併事件，距離地球約5億光年。但由於本次事件只由LIGO兩個天文台中的一個以及VIRGO的天文台探測到了，所以研究者們還需要在至少25%的天空區域中搜索該次事件的光學證據。

第二個可能是一次中子星撞擊黑洞事件，距地球約12億光年遠，三個地點都探測到了這個信號，這就讓科學家將其位置範圍縮小到了整個天空約3%的區域。

儘管LIGO本身不組織天文學家對他們發表的目標進行光學確認，但他們在發佈會中表示在觀測後他們會第一時間發佈初步結果來鼓勵此行為。         

2017年全世界觀測到中子星合併事件的射電望遠鏡

Credit：Paul Boven 

“這個觀測週期還有一個亮點，我們首次使用了一個公眾自動預警系統，就是説你可以在社交媒體上隨時跟蹤LIGO、VIRGO的探測事件，”另一位研究者傑西•麥基弗博士(Jess McIver, Caltech’s LIGO laboratory)在發佈會上説道。

“這些公眾預警系統也使得人們一窺科學研究的過程，”

麥基弗博士補充説。“每個人都可以看到，我們對這些事件的理解是如何通過嚴密的數據分析與校準來加深的。我們希望通過觀測以及其他工作，能夠對自然的法則、宇宙的構成有着更深入的瞭解。”（譯者按：根據預警系統的更新信息可以看到，5月3號又發現了一個引力波候選者。詳情可見https://gracedb.ligo.org/latest/）

LIGO的公眾預警系統更新的引力波候選者信息

Credit：LIGO

探測到信號後的第一份通知很快就會被髮布。同時，研究者們會繼續解析信號，過濾背景噪音，而後確定它有幾分可能是某類特別的信號。研究者將會在三個月內針對那些很有趣的候選者發表論文。布拉迪教授説，如果一切順利，合作雙方還會在六個月之後發佈一個列表，詳細描述各個階段的候選者以及觀測到的事件。

LIGO和VIRGO的研究者們表示，他們相信本輪觀測剩下的結果只會更好。同時，他們也期待新的探測器——日本神岡引力波探測器，它會在本輪末正式上線。另外，LIGO正計劃在印度建立一個探測器，它也必將有助於新的發現。

“第三輪觀測週期中，最振奮人心的事情便是我們從幾個月一個新發現到了每月幾個新發現，” 維塔萊•薩爾瓦託（Vitale Salvatore，MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research），一位來自MIT的研究者説道。“我們的發現不僅量會增大，而且會更加精確。”

這位研究者説，在將來，引力波探測器或許將可以探測遙遠的超新星——不僅限這位研究者説，在將來，引力波探測器或許將可以探測遙遠的超新星——不僅限於銀河系，而且會包括其他星系。它們可能將可以探測自旋的中子星或其他天體的信號，或者可以對合並天體的命運瞭解更多，包括中子星合併、以及中子星落入黑洞等。

我們所處時代的偉大之處在於，我們將會見證引力波天文學的發展，布拉迪説。“隨着探測器性能不斷的提升，我們將有更多機會看到宇宙中的黑洞、中子星合併等事件，甚至有可能借此探測到中子星自旋以及我們不瞭解的天文事件。”

 “對我們而言這是偉大的。（引力波）為我們開啓了一扇新的宇宙之窗，帶給我們一種探索宇宙的全新視角。”他補充道。

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