兩個超大質量天體相互旋轉並最終碰撞可引發極強的引力波

兩個超大質量天體相互旋轉並最終碰撞可引發極強的引力波

在宇宙空間中，蕩漾的著一種神秘的波，其產生的原因是重量級的天體相撞，例如中子星與黑洞相撞，還有超新星爆炸、中子星瘋狂旋轉等等，這一系列聽起來越來越恐怖且超出想像範圍的災難性宇宙事件，這些事件發生的同時有一個共同點，這就是愛因斯坦預言中的時空結構震蕩。在今年的夏天，來自歐洲多國的科學家聯合證明了愛因斯坦關於時空結構震蕩的理論是正確的，同時也捕獲了引力波存在的證據。

始於2011年夏天，並於秋季結束的歐洲引力波探測計劃中，歐洲的科學家使用了兩處陸基大型引力波天線，分別是位於德國漢諾威的GEO600引力波觀測站和位於義大利比薩附近的處女座（Virgo）引力波探測器。前者是德國和英國聯合研製的引力波監測站，具有一套干涉儀，臂長600米。GEO計劃源於2002年英國和德國發起的引力波探測計劃。而處女座（Virgo）引力波探測器則是義大利、法國、波蘭和匈牙利的合作項目，臂長可達3000米。

而引力波觀測站是如何探測引力波的呢？

根據廣義相對論，高速運動且高加速度的物體以及大質量天體運動、碰撞都會產生引力波，在這樣連續的時間裡形成波，也就是時空漣漪。而我們平時接觸的物體質量太小，產生的引力波太弱，所以宇宙中大質量天體的運動、碰撞等行為都會產生極強的引力波。然而，這些引力波雖然極強，但是傳到地球上，就變得非常地微弱了，所以在地球上對引力波進行探測需要極高的靈敏度。

我們目前使用的探測引力波的方法是激光干涉儀，即法布里-珀羅干涉儀演變過來的。

在真空的條件下，由兩條長臂相互垂直結構組成，在長臂的兩端懸掛在一面鏡子，鏡面必須具有高反射率，然後將激光打入長臂中，讓激光束在長臂之間的兩面鏡子間來回反射，而我們需要做的，就是檢測由於光程差引起的干涉條紋的變化，而之所以會出現光程差的微小變化，就是因為引力波的影響作用，這個微小的變化只有一個質子的直徑大小。由於引力波是極其微弱的，所以需要進行多種隔離手段，真空僅僅是一個方面，比如還要隔離振動，這裡的振動不僅包括外部環境因素造成的振動，還有內部長臂內的設備產生的振動。因而，對引力波的監測是需要非常高的技術條件。

除此之外，一個引力波監測站不可能只有一處監測點，就像一個盲人，用耳朵辨認方向的時候總會轉一轉頭部，這就是用不同的方位角來判斷聲音的方向。同理，引力波的監測需要多個地面站同時工作，而且還需要一模一樣的探測裝置，這就是在減小儀器誤差和測量誤差。在引力波的監測過程中，也必須同時探測並且同時接收的同樣的信號，這樣才是一個比較接近正確結果的數據，從這個角度出發，由於地面模擬信號可能對引力波的探測進行干擾，所以如果有干擾的模擬信號，那兩個以上距離不同的監測點自然不會是一模一樣的信號，所以也就避免的地面信號源的干擾，而保證對真正引力波信號源的探測準確性。

據德國馬克斯普朗克引力物理研究所（愛因斯坦研究所）、德國漢諾威萊布尼茲大學的哈特穆特格羅特（Hartmut）博士介紹：如果認真對比GEO600引力波觀測站和處女座（Virgo）引力波探測器，可以發現這兩個監測點在600HZ以上的中/高頻段具有相似的靈敏度。

這對我們來說是非常有趣的一件事兒，因為我們可以通過這個波段對尋找可能的超新星爆炸和伽馬射線暴發所產生的引力波，當然我們並不會大海撈針那樣去監測，這些可能的引力波監測方向，都是已經用傳統的可見光或者X射線望遠鏡、紅外望遠鏡已經觀測到的，在這個基礎進行的監測，不僅能節省時間，也能提高監測效率。

根據目前的研究，宇宙伽馬射線的暴發是最強的引力波來源之一。而宇宙中其他壯觀且恐怖的事件，比如超大質量恆星核心崩潰坍縮形成中子星或者黑洞，這些都是引力波極佳的探測源。截至目前，具有什麼的頻率取決於質量關係，可能將目前的探測波段擴展到千赫茲頻率上。但是，千萬不要激動，這並不意味著我們能很方便地探測到引力波的信號，前文中已經提到，即使是宇宙中最慘烈的黑洞級碰撞，傳到地球上的引力波信號也是極為微弱的，而我們監測到的概率也是非常地低的。

當然，我們還要感謝處女座（Virgo）引力波探測器在低頻信號上的貢獻，由於處女座（Virgo）引力波探測器具有極佳的低頻靈敏度（小於100HZ），所以這個引力波探測器是對脈衝星引力波信號探測的「能手」，而脈衝星的引力波信號頻率一般在22HZ左右。由此可見，對引力波的探測，還需要進一步提高探測的靈敏度。

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