作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/15 14:18:41
选择字号:
嘘,新探测器能听到更多宇宙之声

 

欧洲爱因斯坦望远镜艺术图  图片来源:ET概念设计团队

5年前,当物理学家首次探测到引力波时,他们为宇宙打开了一扇新的窗户。引力波是大质量黑洞或中子星碰撞时产生的涟漪。现在,研究人员已经在计划更大、更灵敏的探测器。而且,美欧之间的竞争已经初露端倪,美国科学家提出建造更大的探测器,而欧洲研究人员则在追求更激进的设计。

“目前,我们只捕捉到最罕见、最响亮的事件,但在宇宙中还有更多的声音。”美国加州州立大学天体物理学家Jocelyn Read说。加州理工学院物理学家David Reitze也表示,物理学家希望新的探测器能在21世纪30年代运行,这意味着他们必须现在就开始计划。“引力波的发现已经吸引了全世界的目光,所以现在是思考接下来会发生什么的好时机。”

目前的探测器都是L形的仪器,叫做干涉仪。激光在悬挂在每条臂的两端的镜子之间反射,有些光线会漏出来,在L形臂的弯处会合。在那里,光的干涉方式取决于臂的相对长度。通过监测这种干扰,物理学家可以发现通过的引力波,这种引力波会使臂的相关数值产生不同程度的变化。

因此,为了探测空间的微小拉伸,干涉仪的臂必须很长。发现了第一个引力波的位于路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉仪引力波天文台(LIGO),臂长达4公里。位于意大利的Virgo探测器有3公里长的臂。

现在,研究人员现在想要一种灵敏度比现有设备高10倍的探测器。它能发现可观测宇宙中所有的黑洞合并,甚至可以追溯到第一批恒星出现之前,从而寻找大爆炸中形成的原始黑洞。它还应该能发现数百个“千新星”,揭示中子星超密度物质的本质。

美国科学家对新探测器的愿景很简单。“我们只想把它做得非常非常大。”Read说。Read正在帮助设计“宇宙探索者”—— 一个臂长40公里的干涉仪,本质上是一个放大了10倍的LIGO。

指导了LIGO建设的加州理工学院物理学家Barry Barish说,这种批量设计可能使美国能够负担得起多个分离的探测器,这将有助于新设备像现在的LIGO和Virgo一样精确定位天空中的事件源。

但安置这样巨大仪器可能很棘手。40公里的臂必须是直的,但地球是圆的。如果L形的弯道位于地面上,那么干涉仪的末端可能必须放在30米高的护堤上。因此,美国研究人员希望找到一个碗状区域,以便容纳这种结构。

相比之下,欧洲物理学家设想了一个地下引力波天文台,称为爱因斯坦望远镜(ET)。意大利国家核物理研究所物理学家、ET指导委员会联合主席Michele Punturo说:“我们想要实现一个能够在50年内承载(探测器)所有进化的基础设施。”

ET将由多个V形干涉仪组成,臂长10公里,排列在一个深埋地下的等边三角形中,以帮助屏蔽振动。借助指向三个方向的干涉仪,ET可以确定引力波的偏振度,帮助科学家在天空中定位引力波的来源,并探测引力波的基本性质。

Punturo表示,ET预计耗资17亿欧元,包括用于隧道和基础设施的9亿欧元。研究人员正在考虑两个地点,一个靠近比利时、德国和荷兰的交汇处,另一个在撒丁岛。相关计划正在等待审议。

美国的提议则不那么成熟。研究人员希望美国国家科学基金会提供6500万美元用于设计工作,这样就可以在本世纪20年代中期对这台价值10亿美元的机器做出决定。但物理学家们都希望这两台新设备能在2030年代中期启动。

 

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
南非桌山大火波及开普敦大学图书馆 科学家揭开病原菌“飞毛腿”的奥秘
俄罗斯考虑退出国际空间站另起炉灶 “机智号”火星直升机成功首飞
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文