“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据 据中新社报道，记者从中国科学院国家天文台获悉，这项纳赫兹引力波研究重要成果论文，星期四（6月29日）在中国天文学术期刊《天文与天体物理研究》（RAA）在线发表。 作为引力波的一种，对频率低至纳赫兹的引力波进行探测，将有助于天文学家理解宇宙结构的起源，探测宇宙中最大质量的天体即超大质量黑洞的增长、演化及并合过程，也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。 中科院国家天文台说，后续将充分发挥FAST脉冲星测时精度国际领先优势，加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，逐步发表更高精度的探测结果，打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。 同时，该台还将积极推进FAST扩展和升级，基于脉冲星测时阵列方法，实现纳赫兹引力波事件的常规观测，从而建成纳赫兹引力波天文台，并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元，将中国加快建设成为引力波天文和射电天文强国。

物理学家借助极为低沉的引力波聆听宇宙最深层的节奏

物理学家借助极为低沉的引力波聆听宇宙最深层的节奏 佛罗里达大学物理学助理教授、这项新研究的共同作者杰夫-德洛尔博士说："这些波从宇宙最遥远的角落到达我们身边，能够影响光的传播方式。研究这些来自早期宇宙的波将帮助我们建立宇宙历史的完整图景，这与之前发现的宇宙微波背景类似。"德洛尔和他的合著者、加州大学圣克鲁兹分校博士后研究员威廉-德洛克（William DeRocco）于2月26日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上发表了他们的研究成果。引力波类似于太空中的涟漪。与声波或海浪一样，引力波的频率和振幅也各不相同，这些信息有助于我们了解引力波的起源和年龄。到达我们身边的引力波振荡频率极低，远低于人耳能探测到的声波。过去探测到的一些最低频率低至 1 纳赫兹。"作为参考，"德洛尔解释说，"鳄鱼咆哮产生的声波频率都比这个频率高出约1000亿倍这些都是非常低频的声波。"他们的新探测方法基于对脉冲星的分析，脉冲星是一种中子星，会以极有规律的间隔发射无线电波。德洛尔假设，搜索这些脉冲到达时逐渐减慢的速度，可能会发现新的引力波。通过研究现有的脉冲星数据，德洛尔能够以比以往更低的频率搜索引力波，将我们的"听力范围"扩大到低至 10 皮赫兹的频率，比之前探测到的纳赫兹级引力波低 100 倍。虽然以前已经探测到频率在纳赫兹左右的引力波，但科学界对其起源却知之甚少。目前有两种理论。第一种观点认为，这些波是两个超大质量黑洞合并的结果，如果属实，研究人员将有一种新的方法来研究这些位于每个星系中心的巨大天体的行为。另一种主要理论认为，这些波是由宇宙历史早期的某种大灾难事件产生的。通过研究频率更低的引力波，他们或许能够区分这些可能性。德洛尔说："展望未来，下一步是分析更新的数据集。我们使用的数据集主要来自2014年和2015年，从那时起，大量的脉冲星观测已经展开。"德洛尔还计划利用 UF 的 HiPerGator 超级计算机对模拟数据进行模拟，以进一步揭开宇宙历史的面纱。该超级计算机可以高效运行大型复杂模拟，大大缩短分析数据所需的时间。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

研究人员用更快的引力波探测技术揭示宇宙奥秘 反应时间仅需30秒

研究人员用更快的引力波探测技术揭示宇宙奥秘 反应时间仅需30秒 这项研究的目标是在探测到中子星和黑洞后 30 秒内向天文学家和天体物理学家发出警报，帮助人们更好地了解中子星和黑洞，以及包括金和铀在内的重元素是如何产生的。这些研究成果最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，这是一份经同行评审、开放获取的科学杂志。引力波与时空的相互作用是在一个方向上压缩时空，而在垂直方向上拉伸时空。这就是为什么目前最先进的引力波探测器是 L 型的，并使用干涉测量法测量激光的相对长度，干涉测量法是一种观察两个光源结合产生的干涉图案的测量方法。探测引力波需要精确测量激光的长度：相当于测量距离最近的恒星（约四光年）的距离，精确到一根头发丝的宽度。该图显示了研究人员发出警报所需的时间，平均不到 30 秒。图片来源：安德鲁-托伊沃宁这项研究是全球引力波干涉仪网络LIGO-Virgo-KAGRA(LVK) 协作的一部分。在最新的模拟活动中，使用了以前观测时段的数据，并添加了模拟引力波信号，以显示软件和设备升级的性能。该软件可以检测信号的形状，跟踪信号的表现，并估计事件中包括哪些质量，如中子星或黑洞。中子星是已知存在的最小、密度最大的恒星，是大质量恒星在超新星中爆炸时形成的。一旦该软件探测到引力波信号，它就会向用户（通常包括天文学家或天体物理学家）发送警报，告知信号在天空中的位置。随着这一观测时段的升级，科学家们能够在探测到引力波后更快地发送警报，时间不超过 30 秒。"有了这个软件，我们就能探测到中子星碰撞产生的引力波，这种引力波通常太微弱，除非我们知道确切的观测位置，否则是无法看到的，"明尼苏达大学双城分校物理与天文学院博士生安德鲁-托伊沃宁（Andrew Toivonen）说。"首先探测到引力波将有助于确定碰撞的位置，帮助天文学家和天体物理学家完成进一步的研究"。天文学家和天体物理学家可以利用这些信息来了解中子星的行为方式，研究中子星和黑洞碰撞时的核反应，以及包括金和铀在内的重元素是如何产生的。这是使用激光干涉仪引力波天文台（LIGO）进行的第四次观测，它将一直观测到 2025 年 2 月。在前三次观测期间，科学家们对信号的探测进行了改进。本次观测结束后，研究人员将继续查看数据并做出进一步改进，目标是更快地发出警报。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘

天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘 科大物理系刘教授团队提出的突破性概念，可让地球磁层中的单个天文望远镜成为全球变暖信号的探测器。资料来源：香港科技大学在香港科技大学物理系副教授刘涛教授的领导下，研究小组的创新方法可以利用行星磁层中现有的、技术上可行的天文望远镜成功探测高频引力波。这将为以有效和技术可行的方式研究早期宇宙和剧烈宇宙事件开辟新的可能性。引力波（GW）由各种天文现象产生，如早期宇宙的相变和原始黑洞的碰撞。然而，引力波的影响极其微弱，目前只能通过干涉测量法在相对较低的频段发现引力波。因此，利用全球升温潜能值观测宇宙面临着巨大的技术挑战，特别是在探测一千赫以上的高频段时，干涉测量法的使用受到很大限制。为了解决这一难题，刘涛教授和他的博士后研究员张晨博士与中国科学院高能物理研究所的任静研究员合作，在最近的研究中取得了重大突破。这项研究利用了一个有趣的物理效应：驻留在磁场中的全球瓦可以转化为潜在的可探测电磁波。通过利用行星磁层内的延伸路径，转换效率得以提高，从而产生更多的电磁波信号。对于具有宽视场的望远镜来说，由于这种行星实验室内的信号通量具有广阔的角度分布，因此探测能力可以得到进一步提高。这种创新方法可使单个天文望远镜充当全球变暖信号的探测器。通过组合多个望远镜，可以实现高频全球变暖频率的广泛覆盖，从兆赫兹到1028赫兹不等。这一频率范围相当于天文观测中使用的电磁波谱，其中有很大一部分是以前在探测 GW 时从未探索过的。这项研究对低地球轨道卫星探测器和木星磁层内正在进行的任务的灵敏度进行了初步评估。这项研究发表在今年 3 月的《物理评论快报》上，随后，《自然- 天文学》在 5 月发表了一篇题为"行星大小的实验室提供了宇宙学见解"的文章，重点介绍了这项研究。这强调了这项研究在为未来新型全球变暖探测技术研究铺平道路方面的重要意义。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1103/PhysRevLett.132.131402DOI: 10.1038/s41550-024-02285-w ... PC版： 手机版：

LISA引力波天文台星座获得欧空局批准建造

LISA引力波天文台星座获得欧空局批准建造 欧空局的激光干涉仪空间天线（LISA）任务将是第一个专门用于探测时空结构涟漪的天基观测站。这些涟漪我们称之为引力波，是在宇宙中一些最强大的事件中发出的，比如黑洞碰撞时。图片来源：欧空局LISA 不只是一个航天器，而是由三个航天器组成的星座。它们将在地球绕太阳运行的轨道上跟踪地球，在太空中形成一个精确的等边三角形。三角形的每条边将长达 250 万公里（是地月距离的六倍多），航天器将在这个距离上交换激光束。这三个航天器计划于 2035 年用阿丽亚娜 6 号火箭发射。在欧空局的领导下，欧空局、其成员国空间机构、美国国家航空航天局（NASA）和一个国际科学家联盟（LISA 联盟）通力合作，使LISA 成为可能。欧空局的 LISA 任务将捕捉并研究时空结构中的涟漪。这些涟漪我们称之为引力波，是在宇宙中一些最强大的事件中发出的。产生引力波的系统的一个例子是，一对黑洞绕着对方运行，并朝着碰撞的方向前进。它们巨大质量的加速度会震动时空结构并产生涟漪。图片来源：ESA / ATG Medialab就在一个多世纪前，爱因斯坦做出了革命性的预言：当大质量物体加速时，它们会震动时空结构，产生微小的涟漪，即引力波。由于现代技术的发展，我们现在能够探测到这些最难以捉摸的信号。"LISA是一项前所未有的尝试。地面仪器可以利用激光束在几千米的距离内探测到来自恒星大小天体事件的引力波，如超新星爆炸或超高密度恒星和恒星质量黑洞的合并。"LISA 项目首席科学家诺拉-吕茨根多夫（Nora Lützgendorf）解释说："要拓展引力研究的前沿领域，我们必须进入太空。由于激光信号在 LISA 上传播的距离非常远，而且其仪器具有极高的稳定性，我们将探测比地球上更低频率的引力波，揭示不同规模的事件，一直追溯到时间的黎明"。引力波是大质量天体（如黑洞聚集和合并）的加速度在时空中产生的涟漪。空间中的不同物体会产生不同时间尺度的引力波，从几毫秒到几十亿年不等。其中有些波只能从太空中观测到。图片来源：欧空局LISA 将在整个宇宙中探测星系中心的巨大黑洞碰撞时所产生的时空涟漪。这将使科学家们能够追溯这些畸形天体的起源，绘制它们如何成长为比太阳质量大数百万倍的天体，并确定它们在星系演化过程中扮演的角色。这项任务将捕捉到我们宇宙最初时刻预测的引力"响声"，让我们一窥宇宙大爆炸后的最初几秒钟。此外，由于引力波携带发射引力波的天体的距离信息，LISA 将帮助研究人员用一种不同于欧几里得和其他巡天所用技术的尺度来测量宇宙膨胀的变化，从而验证他们的结果。在我们银河系的更近处，LISA 将探测到许多合并的紧凑天体对，如白矮星或中子星，让我们对这些系统演变的最后阶段有一个独特的洞察力。通过精确定位它们的位置和距离，LISA 将在欧空局盖亚任务发现的基础上，进一步加深我们对银河系结构的了解。"几个世纪以来，我们一直在通过捕捉光线来研究我们的宇宙。将其与引力波的探测结合起来，为我们对宇宙的感知带来了一个全新的维度，"LISA 项目科学家奥利弗-詹里奇（Oliver Jennrich）说。"想象一下，迄今为止，我们的天体物理学任务就像无声电影一样观看宇宙，那么用 LISA 捕捉时空涟漪将真正改变游戏规则，就像给电影添加声音一样"。2015 年，LISA 探路者为即将到来的 LISA 任务测试了重要技术。技术演示的核心是两个固体金铂合金立方体。每个立方体都是一个边长为 4.6 厘米、重 1.96 千克的测试质量。图为其中一个立方体。LISA 任务的三个航天器将各承载两个这样的试验质量块。它们是自由浮动的，装在一个"电极外壳"内。当不同航天器中立方体之间的距离发生变化时，就能发现引力波。LISA 将通过在相邻的一对航天器之间交换激光束来跟踪这些变化。资料来源：欧空局为了探测引力波，LISA 将使用一对坚固的金铂立方体即所谓的测试质量（比魔方略小），自由漂浮在每个航天器中心的特殊外壳中。引力波将引起不同航天器中质量块之间距离的微小变化，该任务将使用激光干涉测量法跟踪这些变化。这项技术需要将激光束从一个航天器射向另一个航天器，然后将它们的信号叠加起来，以确定质量距离的变化，精度精确到几十亿分之一毫米。航天器的设计必须确保除了时空本身的几何形状之外没有任何东西会影响处于自由落体状态的质量运动。该航天器是继LISA 探路者号之后的又一个航天器，LISA 探路者号证明了有可能将自由落体中的试验质量保持在惊人的精确水平上。与欧空局的盖亚和欧几里得任务相同的精密推进系统将确保每个航天器以最高的精度保持所需的位置和方向。LISA 被选为欧空局"2015-2025 年宇宙愿景"的第三个大型任务，它将加入欧空局的宇宙观测器科学舰队，以解决该计划的两个核心问题：宇宙的基本物理定律是什么？宇宙是如何起源的？在这项探索中，LISA 将与欧空局目前正在研究的另一项大型飞行任务合作：新雅典娜（NewAthena）。新雅典娜的发射日期预计为 2037 年，它将成为有史以来最大的 X 射线天文台。欧空局领导着 LISA 任务，并将提供航天器、发射、任务运行和数据处理。关键的仪器元件包括：由意大利和瑞士提供的屏蔽外力的自由落体试验质量；由德国、英国、法国、荷兰、比利时、波兰和捷克共和国提供的用于探测干涉信号的皮米精度系统；以及由西班牙提供的科学诊断子系统（整个航天器的传感器库）。超稳定激光器、用于收集其光线的 30 厘米望远镜以及紫外线光源（用于给测试块放电）将由美国国家航空航天局提供。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家们探测到了中子星与潜在黑洞在质量缝隙中碰撞产生的引力波

科学家们探测到了中子星与潜在黑洞在质量缝隙中碰撞产生的引力波 低质量间隙黑洞（深灰色表面）与中子星的凝聚与合并，颜色从深蓝色（每立方厘米 60 克）到白色（每立方厘米 600 千克）不等，凸显了中子星低密度物质的强烈变形。资料来源：I. Markin（波茨坦大学）、T. Dietrich（波茨坦大学和马克斯-普朗克引力物理研究所）、H. Pfeiffer、A. Buonanno（马克斯-普朗克引力物理研究所）。2023 年 5 月，就在 LIGO-Virgo-KAGRA 第四次观测运行开始后不久，位于美国路易斯安那州的 LIGO 利文斯顿探测器观测到了一个引力波信号，该信号来自于很可能是一颗中子星与一个质量为太阳 2.5 至 4.5 倍的紧凑天体的碰撞。中子星和黑洞都是紧凑型天体，是大质量恒星爆炸后的致密残余物。这个名为 GW230529 的信号之所以引人入胜，是因为它的质量较大。它处于已知最重的中子星和最轻的黑洞之间可能存在的质量差距之内。引力波信号本身并不能揭示这个天体的性质。未来对类似事件的探测，特别是那些伴随着电磁辐射爆发的事件，可能有助于解决这个问题。不列颠哥伦比亚大学助理教授、LIGO 科学合作组织副发言人杰斯-麦基弗博士（Dr. Jess McIver）说："这次探测是我们从第四次 LIGO-Virgo-KAGRA 观测运行中获得的第一个令人兴奋的结果，它揭示了中子星和低质量黑洞之间的类似碰撞的发生率可能比我们之前想象的要高。"由于只有一个引力波探测器看到了这一事件，因此评估它是否真实变得更加困难。这幅图像显示了低质量间隙黑洞（深灰色表面）与中子星的合并，颜色从深橙色（每立方厘米 100 万吨）到白色（每立方厘米 6 亿吨）不等。引力波信号用一组正偏振的应变振幅值表示，颜色从深蓝色到青色不等。资料来源：I. Markin（波茨坦大学）、T. Dietrich（波茨坦大学和马克斯-普朗克引力物理研究所）、H. Pfeiffer、A. Buonanno（马克斯-普朗克引力物理研究所）。检测技术的进步ICG 的研究软件工程师 Gareth Cabourn Davies 博士开发了用于在单个探测器中搜索事件的工具。他说"通过在多个探测器中看到事件来证实事件是我们从噪声中分离信号的最强大工具之一。通过使用适当的背景噪声模型，即使在没有其他探测器支持我们所看到的情况下，我们也能判断出一个事件"。在2015年探测到引力波之前，恒星质量黑洞的质量主要是通过X射线观测发现的，而中子星的质量则是通过无线电观测发现的。由此得出的测量结果分为两个截然不同的范围，两者之间的差距约为太阳质量的 2 到 5 倍。多年来，有少量测量结果蚕食了这一质量差距，天体物理学家对此仍有很大争议。最新研究结果的影响对 GW230529 信号的分析表明，它来自两个紧凑型天体的合并，其中一个天体的质量是太阳质量的 1.2 到 2.0 倍，另一个天体的质量是太阳质量的两倍多一点。虽然引力波信号没有提供足够的信息来确定这些紧凑的天体是中子星还是黑洞，但看起来较轻的天体很可能是中子星，而较重的天体则是黑洞。LIGO-Virgo-KAGRA合作组织的科学家们确信，较重的天体就在质量差距之内。引力波观测现在已经提供了近 200 个紧凑天体质量的测量值。其中，只有一次并合可能涉及质量鸿沟紧凑天体GW190814 信号来自黑洞与一个紧凑天体的并合，该天体的质量超过了已知最重的中子星，而且可能在质量鸿沟之内。来自美国西北大学的 Sylvia Biscoveanu 博士说："虽然之前已经报道过引力波和电磁波中存在质量间隙天体的证据，但这个系统尤其令人兴奋，因为它是首次引力波探测到与中子星配对的质量间隙天体。对这一系统的观测对双星演化理论和紧凑天体合并的电磁对应理论都有重要意义"。正在进行和未来的观察第四次观测运行计划持续 20 个月，其中包括几个月的间歇期，以便对探测器进行维护并进行一些必要的改进。截至 2024 年 1 月 16 日，也就是当前的间歇期开始时，总共发现了 81 个重要的候选信号。GW230529 是经过详细调查后公布的第一个候选信号。第四次观测运行将于 2024 年 4 月 10 日恢复，LIGO Hanford、LIGO Livingston 和 Virgo 探测器将同时运行。观测运行将持续到 2025 年 2 月，不会再有中断观测的计划。在观测运行继续进行的同时，LIGO-Virgo-KAGRA 的研究人员正在分析运行前半段的数据，并检查已经确定的其余 80 个重要候选信号。到 2025 年 2 月第四次观测运行结束时，观测到的引力波信号总数将超过 200 个。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：