當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月15日，激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)科學(xué)合作組織宣布，接收到來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、英國(guó)研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)和澳大利亞研究委員會(huì)共3500萬(wàn)美元的資金支持，將對(duì)其兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行重大升級(jí)。
LIGO曾于2015年首次在人類歷史上聆聽(tīng)到時(shí)空的漣漪——引力波。升級(jí)后的LIGO將被命名為Advanced LIGO Plus ，簡(jiǎn)稱ALIGO+，預(yù)計(jì)將于2024年開(kāi)始運(yùn)行。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)負(fù)責(zé)人弗朗斯·科多瓦表示，這次升級(jí)將保證LIGO未來(lái)10年在引力波科學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。
每天都將“聽(tīng)”到引力波
2015年以來(lái)，LIGO共成功探測(cè)到11次引力波事件，10次源于黑洞并和，1次源于中子星并和。而升級(jí)后的ALIGO+，探測(cè)能力將進(jìn)一步增強(qiáng)，可探測(cè)的宇宙空間將比現(xiàn)在提升7倍。
LIGO負(fù)責(zé)人、加州理工大學(xué)教授大衛(wèi)·賴茨表示，有了ALIGO+，將來(lái)每天都能探測(cè)到黑洞并和產(chǎn)生的引力波。而探測(cè)由中子星并和產(chǎn)生的引力波，雖然目前僅有1次，但未來(lái)會(huì)愈發(fā)頻繁。
這主要是因?yàn)椋?jí)后的ALIGO+將應(yīng)用量子壓縮光和新的鏡面涂層技術(shù)。
“目前 LIGO的設(shè)計(jì)靈敏度由量子噪聲主導(dǎo)，而量子壓縮光正是用來(lái)降低量子噪聲的。”LIGO科學(xué)合作組織成員、任教于英國(guó)伯明翰大學(xué)物理與天文學(xué)院的繆海興告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
繆海興介紹，量子壓縮光可理解為對(duì)量子漲落的“重新分配”。ALIGO+將應(yīng)用與頻率相關(guān)的量子壓縮光，即同時(shí)降低低頻的量子輻射壓力噪聲和高頻的量子散粒噪聲，目標(biāo)是將ALIGO+的振幅靈敏度提高到目前的2倍。
至于新的鏡面涂層技術(shù)，繆海興透露，鍍膜的材料不會(huì)改變，而是會(huì)通過(guò)新的處理技術(shù)，使鏡面鍍膜的熱噪聲大大降低。
“這就相當(dāng)于ALIGO+使用了更好的‘抗噪’耳機(jī)，我們就能聽(tīng)到更清晰的‘音樂(lè)細(xì)節(jié)’以及更微弱的‘神秘歌聲’。” LIGO科學(xué)合作組織成員、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院特聘研究員范錫龍接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。
或?qū)⑻魬?zhàn)恒星和星族演化理論
“隨著時(shí)間的推移，LIGO探測(cè)到引力波的次數(shù)肯定會(huì)越來(lái)越多。我們可以通過(guò)提升探測(cè)器的靈敏度來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而不僅僅是按部就班地觀測(cè)和等待。” LIGO科學(xué)合作組織成員、英國(guó)格拉斯哥大學(xué)教授王毅雄接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。
王毅雄介紹，ALIGO+對(duì)雙中子星并和的探測(cè)距離將達(dá)到300百萬(wàn)秒差距(Mpc)，而對(duì)雙黑洞并和的探測(cè)距離超過(guò)宇宙半徑的一半。
“這意味著，對(duì)于同一類引力波源而言，例如雙中子星并和產(chǎn)生的引力波，ALIGO+可探測(cè)到更遙遠(yuǎn)、數(shù)量更多的信號(hào)。” 范錫龍說(shuō)。
范錫龍告訴記者，更多的同類信號(hào)可以讓科學(xué)家從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度理解這些系統(tǒng)，如雙中子星的質(zhì)量分布、自旋分布等，就像給宇宙中的相關(guān)天體做“人口普查”。而借助統(tǒng)計(jì)學(xué)信息，結(jié)合恒星和星族演化理論，就能推測(cè)雙中子星的演化過(guò)程等問(wèn)題。
與此同時(shí)，更遙遠(yuǎn)的引力波信號(hào)，會(huì)有更大幾率遇到宇宙中其他天體，從而發(fā)生強(qiáng)引力透鏡化引力波現(xiàn)象。通過(guò)研究這種現(xiàn)象，引力波速度、哈勃常數(shù)、星系暗物質(zhì)分布等一系列重要問(wèn)題將有可能獲得重要進(jìn)展。
“我個(gè)人最期待的是，ALIGO+能觀測(cè)到更多更遙遠(yuǎn)距離的大質(zhì)量雙黑洞，那么關(guān)于雙星比例、初始質(zhì)量函數(shù)等一系列恒星和星族演化理論中的初始設(shè)定可能會(huì)受到挑戰(zhàn)。” 范錫龍說(shuō)。
按照ALIGO+項(xiàng)目負(fù)責(zé)人邁克爾·朱克的說(shuō)法，ALIGO+將在1周以內(nèi)實(shí)現(xiàn)過(guò)去3年的探測(cè)數(shù)量。在范錫龍看來(lái)，隨著引力波探測(cè)器的不斷升級(jí)，引力波信號(hào)也需要更加詳細(xì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過(guò)程來(lái)挖掘。
“未來(lái)大量引力波信號(hào)的快速處理將是一個(gè)新的研究領(lǐng)域。” 范錫龍告訴科技日?qǐng)?bào)記者，除了使用更快的計(jì)算機(jī)、提高傳統(tǒng)算法運(yùn)算速度等手段，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也開(kāi)始在引力波數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域大展拳腳。
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