國際第三輪引力波探測啟動

自2017年以來，意大利比薩附近的“處女座”引力波探測器的靈敏度大約提高了一倍。圖片來源：Cappello/Ropi

　　尋找引力波的新一輪工作又開始了——這一次將借助量子力學的奇妙之處。

　　在經歷了19個月的關機并完成對激光、反射鏡及其他部件的一系列升級后，4月1日，3個大型探測器——美國的兩個激光干涉引力波天文臺（LIGO）以及意大利的“處女座”（Virgo）引力波探測器正式啟動第三輪引力波探測，同時恢復數據收集工作。在某種程度上，由于一種被稱為光壓縮的量子現象，這些機器不僅有望發現更多引力波，還可能進行更為詳細的探測。

　　引力波可以揭示有關宇宙的豐富信息。研究人員希望此次能夠觀測到一些尚未被發現的事件，比如一顆超新星，或者一個黑洞與一顆中子星的合并。

　　此次運行將持續到明年3月，同時也標志著引力波天文學的一個重大變化。LIGO和Virgo將首次向其他天文臺（以及任何擁有望遠鏡的天文愛好者）發布關于引力波探測的公共實時警報，并提示他們如何找到這些事件，以便使用從射電望遠鏡到空間X射線望遠鏡的傳統技術對其展開研究。

　　帕薩迪納市加州理工學院物理學家、LIGO主任David Reitze表示：“天文學家真的很著急。”LIGO在2015年首次對引力波進行了歷史性探測。

　　Reitze說，升級后的網絡應該能夠比以前運行時檢測到更多的事件——從平均每月一次增加到大約每周一次。這些事件可能大部分來自黑洞合并，但物理學家渴望看到另一場中子星碰撞。

　　靈敏度的提高將使探測器能夠更好地從恒定的背景噪音中分辨出信號，從而為物理學家提供更多有關引力波的細節。這反過來又為精確驗證阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論提供了可能。廣義相對論預測了引力波的存在。

　　升級后的LIGO還降低了量子噪聲水平。量子噪聲由光子的隨機波動引發，可能導致測量的不確定性，并且掩蓋微弱的引力波信號。

　　澳大利亞墨爾本市莫納什大學理論天體物理學家Ilya Mandel指出，未來的探測應該能夠揭示正在合并過程中的黑洞的秘密，比如它們旋轉的速度和方向。他表示：“或許我們可以開始梳理一些信息，看看它們是否優先排列。”

　　此次升級使位于路易斯安那州利文斯頓的靈敏度最高的LIGO儀器的靈敏度又提高了40%。羅馬國家核物理研究所物理學家、Virgo調試協調員Alessio Rocchi說，2017年，技術上的一些障礙阻止了另一臺位于華盛頓州漢福德的LIGO干涉儀以及Virgo的工作，但如今它們已經趕了上來；特別是Virgo，其探測距離已經增加了一倍。

　　科學家表示，新啟動的第三輪引力波探測比以往的靈敏度大大增強，LIGO和Virgo在接下來的一年將共同探測，從已知的各種來源中發現更多引力波，也有望探測到新的引力波事件，比如中子星和黑洞碰撞所發出的引力波。

　　與此同時，日本新建成的KAGRA引力波天文臺的研究人員正在加緊調試他們的探測器，以便在2020年初加入這個網絡。擁有第四個探測器將特別有助于以更高的精度定位宇宙中發生的事件。

　　引力波是一種“時空漣漪”，如同石頭丟進水里產生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中有可能產生引力波。LIGO的兩個探測器2015年探測到了由雙黑洞碰撞產生的引力波信號，這是人類歷史上首次直接探測到引力波。此后，LIGO和Virgo又陸續探測到9次雙黑洞碰撞產生的引力波信號。

　　2017年，多國科學家合作，第一次直接探測到來自兩顆中子星碰撞產生的引力波。雖然科學家認為宇宙中也會有中子星和黑洞發生碰撞，但這種碰撞產生的引力波至今還未被探測到。