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开博-四种新工具全力“捕捉”引力波—新闻—科学网

发布日期:2024-08-14 作者:开博

两个 共舞 黑洞发生的引力波的频率愈来愈高。图片来历:美国国度航空航天局

引力波也被称为 时空的涟漪 。1916年,爱因斯坦基在广义相对论做出预言,猛烈的天体勾当会带动四周的时空一路波动,这就是引力波。约100年后,2015年9月,宇宙中一次仅延续五分之一秒的 涟漪 改写了物理学的篇章,科学家初次直接探测到引力波。尔后,包罗美国激光干与仪引力波天文台和欧洲 童贞座 引力波探测器等在内的举措措施,接踵探测到100多起引力波事务。但物理学家认为,这只是 冰山一角 。

英国《天然》杂志网站在6月27日的报导中指出,物理学家正在筹建新天文台,开辟新尝试和手艺,以发现今朝方式没法检测到的引力波。他们等候可以或许发现由完全分歧的宇宙现象,包罗超年夜质量黑洞乃至宇宙年夜爆炸自己发生的引力波,从而进一步揭露宇宙的奥秘。

脉冲星计时阵列:捕获延续十年的引力波

脉冲星是高度磁化且快速扭转的中子星,每秒可以扭转数千次。抱负环境下,脉开博体育冲旌旗灯号应当距离相等,但假如引力波对时空造成了细小扰动,脉冲星和地球的距离会产生细小转变,探测这些细小转变有助发现引力波。

对脉冲星调集或阵列进行不雅测的脉冲星计时阵列(PTA)应当可以或许检测到频率仅为纳赫兹的引力波引发的转变,此类引力波可能由超年夜质量黑洞对发生。这类引力波的持续波峰需要数十年才能经由过程地球上的特定位置,这意味着需要数十年不雅测才能发现它们。

2023年,PTA手艺结出硕果。北美纳赫兹引力波天文台、欧洲脉冲星计时阵列、中邦本冲星计时阵列、Australia帕克斯脉冲星计时阵列等合作团队别离颁发了4篇论文,报导了布景引力波的存在证据。在宇宙标准上平均散布的、年夜量自力且不成分辩的波源辐射的引力波叠加起来,就会构成随机布景引力波。

美国耶鲁年夜学天体物理学家基娅拉 明加雷利暗示,纳赫兹布景引力波可让人们窥视更初期的宇宙。

微波千里镜:发现源在宇宙年夜爆炸的引力波

宇宙微波布景辐射(CMB)被称为宇宙年夜爆炸的 余辉 。位在智利北部阿塔卡马戈壁海拔5300米处的西蒙斯天文台行将完工,其能以更精美的细节,为CMB绘制 肖像画 。美国普林斯顿年夜学宇宙学家乔 邓克利称,该天文台将供给迄今对CMB最好的不雅测,并寻觅源在宇宙年夜爆炸的引力波陈迹,从而揭露宇宙暴胀的奥秘。

暴胀指宇宙指数级的快速膨胀。虽然暴胀是今朝普遍接管的宇宙学理论基石,但今朝还没有证据证实这一点,CMB极化旋涡中的特定 B模式 将是确实证据,这一模式多是引力波经由过程时留下的印记。理论上,这类引力波应当由宇宙暴胀发生。

美国约翰斯 霍普金斯年夜学理论天体物理学家马克 卡米诺维斯基暗示,暴胀理论猜测了B模式的存在,假如该模子成立,西蒙斯天文台应能找到它。

原子干与仪:专捉特定频率引力波

很多项目致力在探测较低频的引力波,但很少有举措措施探测略低在1赫兹的引力波。

但新兴的原子干与仪手艺或有但愿完成这一使命。原子干与仪是一种垂直的高真空管,原子可以在此中释放并在重力感化下着落,在此时代,物理学家用激光 挑动 原子,使其在激起态和基态之间切换。

美国斯坦福年夜学物理学家贾森 霍根暗示,将两组或多组原子置在统一垂直管道内分歧高度,并丈量激光脉冲从一组原子传布到下一组原子所需的时候,引力波的经由过程将致使光在它们之间传布的时候略微削减或略微增添。

斯坦福年夜学开辟了落差为10米的原子干与仪,也有其他小组打算建造100米高度的原子干与仪,此中MAGIS-100已在费米国度加快器尝试室的竖井中扶植,打算在2027年落成。

台式探测器:小块头有年夜聪明

也有科学家正在摸索用更小更廉价的探测器探测引力波,包罗桌面探测器。

美国西北年夜学研制的悬浮传感探测器让激光在相距仅1米的成对镜子之间反射,旨在经由过程共振来探测频率约100千赫兹的引力波。

英国南安普顿年夜学物理学家伊维特 富恩特斯提出了一种制造更小的共振探测器的设法。她打算操纵玻色-爱因斯坦凝集态(BEC)的奇特物资状况中的声波,假如引力波以与声波共振的频率经由过程,其便可以被探测到。不外,这个进程可能需要反复数月才能成功。

理论上来讲,基在BEC的探测器可以探测到1兆赫兹或更高频率的引力波。这些高频引力波可以揭露宇宙年夜爆炸后第一秒摆布产生的奇特物理现象。

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