2015年9月14日,引力迎技美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)首次直接探测到“时空的波探涟漪”——引力波。这一发现不仅荣获了诺贝尔物理学奖,测器%E3%80%90WhatsApp%20+86%2015855158769%E3%80%91motorola%20walkie%20talkie%20user%20guide更开启了引力波天文学的术升新纪元。自此以后,引力迎技科学家已累计确认超过百例引力波事件,波探为观测黑洞合并、测器中子星碰撞等宇宙现象提供了全新窗口。术升就在本月,引力迎技借助引力波事件GW250114,波探科学家还验证了斯蒂芬·霍金于1971年提出的测器黑洞理论。
据英国《自然》网站报道,术升%E3%80%90WhatsApp%20+86%2015855158769%E3%80%91motorola%20walkie%20talkie%20user%20guide尽管LIGO等探测器的引力迎技观测精度已大幅提升,但仍面临噪声干扰和灵敏度不足等挑战,波探亟须下一代探测器接续探索。测器目前,爱因斯坦望远镜(ET)、宇宙探索者(CE)和激光干涉仪空间天线(LISA)等项目正处于选址或研发阶段。这些设备有望带来前所未有的科学突破。
下一代探测器各有千秋
美国引力波研究团队计划建造的CE,结构与LIGO相似,但臂长达到40公里。一旦CE建成并投入运行,每年有望探测到10万次黑洞合并事件,几乎能覆盖整个宇宙历史中的引力波源,甚至包括100多亿年前星系大量形成恒星、黑洞频繁产生与合并的远古景象。
ET是欧洲提议建设的第三代地基引力波天文台。它采用三条干涉臂构成一个等边三角形。CE主要探测频段与LIGO相近(约10—1000赫兹),而ET则将频率下限扩展至1赫兹,使其能更早捕捉黑洞碰撞前的动态,并能观测更大质量黑洞的合并过程。
LISA则是一项天基探测计划,由3颗卫星组成一个边长250万公里的巨型等边三角形。LISA致力于探测频率在0.1毫赫兹到1赫兹之间的低频引力波。LISA卫星组预计于2035年发射。
中国也规划了类似的空间引力波探测项目“天琴”与“太极”,预计于21世纪30年代投入使用。
汇聚多项技术创新成果
下一代引力波探测器汇聚了多项前沿技术,显著提升了探测能力。
首先是通过延长干涉仪臂长提高灵敏度。更长的基线使其在低频引力波探测方面实现了更高精度,极大扩展了可观测信号的范围。
在降低热噪声方面,下一代探测器采用了先进的镜面涂层技术,包括离子束溅射非晶材料和晶体涂层材料,有效提升了中低频段的灵敏度。同时,低温冷却技术大幅抑制了反射镜中的热振动。
量子压缩技术也发挥着关键作用。该技术通过向干涉仪注入压缩真空态,有效抑制信号频段中的量子噪声。美国麻省理工学院团队历经15年攻关,研制出“量子真空压缩器”,使LIGO的探测距离扩展了超过4亿光年,引力波发现效率有望提高50%。
此外,人工智能技术也为引力波探测注入新动力。谷歌“深度思维”公司与LIGO、意大利格兰萨索研究所联合开发出“深度环路成型”AI系统,可有效抑制观测系统中的噪声,提高控制精度,稳定关键测量部件。
潜力与挑战并存
下一代引力波探测器蕴藏着巨大的科学潜力,有望推动人类在探索早期宇宙、检验基础物理理论、发展多信使天文学等方面取得突破。
这些探测器将能够观测到几乎所有的双黑洞合并事件,从而揭示黑洞的形成与演化历程。它们还将以前所未有的效率捕捉中子星合并,帮助科学家解析千新星、中微子喷流等天文现象的细节。CE等设备也将揭示一系列新的天体物理过程,从核心坍缩型超新星爆发到中子星发出的连续引力波,极大拓展了人类对极端条件下恒星演化与物质行为的认知。
它们还可提供更精确的宇宙膨胀测量数据,检验新型引力理论,甚至探索暗物质的奥秘。通过探测原初引力波并在强引力场中验证广义相对论,这些探测器或许将开辟新物理学的窗口。与电磁波、中微子观测站协同开展的多信使联合观测,也将深化科学家们对宇宙现象的理解,推动天体物理学迈入新阶段。
然而,建设这些探测器仍面临诸多技术与资金挑战。
噪声抑制与精密工程技术仍是关键瓶颈问题,科学家需要开发更先进的激光系统、低温反射镜和极低噪声环境。此外,地面探测器需避开地震带并尽量减少环境干扰,而LISA等空间探测器则需应对卫星发射、在轨维护等复杂工程。
资金问题同样令科学家担忧。ET和LISA等项目耗资数十亿欧元,且依赖多国合作,资金筹措与国际协调难度极大。更重要的是,这些探测器将产生海量数据,必须建立可扩展的高性能计算平台和先进算法,才能实现信号的实时处理与精确解析。
(責任編輯:知識)
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