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2017年9月28日

LIGO和Virgo首次共同探測到由雙黑洞合併產生的重力波

2017年9月28日
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中大物理系助理教授黎冠峰教授。

Virgo重力波探測器控制室。

Virgo重力波探測器外觀。

激光干涉儀重力波觀測站(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory,簡稱LIGO) 及處女座重力波團隊 (The Virgo Collaboration,簡稱Virgo)宣佈其探測器首次共同觀測到重力波。這是第四次觀測到由雙黑洞系統所產生的重力波,並且是Virgo探測器首個成功記錄的重力波訊號,是次共同探測結果展示了由三個重力波探測器組成的網絡的力量。有關今次LIGO-Virgo共同探測到重力波訊號(簡稱GW170814)的論文已被《物理評論快報》接納並將會發表。 

三個探測器是於世界標準時間(UTC)2017年8月14日上午10時30分43秒(香港時間當天下午10時30分43秒)共同偵測到重力波。此三個重力波探測器分別為位於意大利卡希納(鄰近比蕯)的歐洲重力波天文台(European Gravitational Observatory) 中的處女座重力波(簡稱Virgo)探測器,及兩個由國家科學基金會(NSF)贊助,分別位於美國路易斯安那州列文斯頓(Livingston, Louisiana)和華盛頓州漢福德(Hanford, Washington)的激光干涉儀重力波觀測站(簡稱LIGO)探測器。 

是次重力波是由距離地球18億光年的兩個黑洞合併產生,其質量分別是太陽質量的25和31倍,而合併後的黑洞質量則達太陽質量的53倍。這代表了在是次合併過程中重力波帶走了大約3個太陽質量單位的能量。 

香港中文大學 (中大) 自2016年起正式成為LIGO科學團隊(現今為LIGO-Virgo團隊)的成員,中大研究團隊由物理系助理教授黎冠峰教授領導,負責分析來自LIGO/Virgo探測器的數據。此外,黎冠峰教授亦正在領導LIGO-Virgo團隊中測試廣義相對論的工作組。

黎冠峰教授表示:「我曾在Virgo團隊工作了四年,看到Virgo加入全球探測器網絡,對我來說是一件值得高興的事情。Virgo團隊及他們的探測器大獲成功,我衷心恭賀Virgo團隊,能夠完成此項壯舉。」 

先進激光干涉儀重力波觀測站(Advanced LIGO)是第二代重力波探測器的簡稱,是由兩個位於美國,但幾乎完全相同的干涉儀所組成,並以精確激光干涉測量術(precision laser interferometry)來探測重力波。Advanced LIGO由2015年9月開始運作,並完成了兩次觀測運作。第二次觀測運作(O2)由2016年11月30 日開始,並在2017年8月25日結束。 

先進處女座探測器(Advanced Virgo)是由Virgo團隊所建造和運作,第二代探測重力波的儀器。在2011年10月當Virgo探測器結束觀測後,Virgo團隊隨即展開了Advanced Virgo探測器的升級工程。新設施於2017年2月正式投入運作,有關團隊並於期間繼續調整儀器。直至今年4月,探測器終於達到了能夠正常工作的水平。 

Virgo探測器於世界標準時間(UTC)2017年8月1日上午10時正(香港時間當天下午10時正)正式加入重力波探測網絡的第二次觀測運作(O2)。這次LIGO和Virgo三組儀器所收集到的數據,令到科學家能夠實時觀測是次的重力波訊號。 

由於Virgo探測器的加入,令到重力波探測器網絡由兩個增至三個,這令科學家對於重力波訊號來源位置之範圍的認知提升了最少20倍。GW170814的天空位置範圍僅為60平方度,比起之前只有2個LIGO干涉儀時縮小了最少10倍 ﹔此外,Virgo探測器的加入亦有助提高測量重力波來源距離的準確度。 

喬治亞理工學院(Georgia Tech)教授兼LIGO科學團隊副發言人Laura Cadonati表示:「提升準確度能夠幫助天文物理學家尋找更多令人振奮的發現,例如多信使天文學。一個更小的目標面積能使望遠鏡和人造衛星觀測一些能夠產生重力波和發光的宇宙事件,如中子星的碰撞。」 

LIGO觀測運作副總監Fred Raab表示:「當全球重力波網絡中的探測器數目增加,科學家不單能更準確地為波源定位,亦能夠重新獲得重力波的偏振資料,使科學家能夠更準確地判斷沿著軌道運行的物體是面向哪一個方向之餘,更能夠進行更多由愛因斯坦提出的廣義相對論的測試。」

與之前三次LIGO所觀測到的雙黑洞合併所產生的重力波一樣,是次LIGO和VIRGO的全球電磁波合作探測並沒有成功辨認出GW170814所對應的電磁波訊號。黑洞只會產生重力波,而並不會放出光。 

加利福尼亞理工學院的LIGO實驗室行政總監David H. Reitze表示:「經過第一次Advanced LIGO和Virgo探測器成功共同觀測到重力波訊號後,我們向重力波科學的研究邁出重要一步。Virgo令我們有更強大的能力去觀測及定位重力波來源,引領我們於發掘一些令人振奮和意料之外的結果。」 

激光干涉儀重力波觀測站 (LIGO)

LIGO由美國國家科學基金會(NSF)斥巨資資助,並由加州理工學院和麻省理工學院構思、建造及操作。完成升級後的Advanced LIGO由美國國家科學基金會與德國Max Planck Society、英國Science and Technology Facilities Council及澳洲Australian Research Council全力支持。LIGO科學合作組集合逾1,200名來自世界各地的科學家,當中包括GEO合作組的成員。其他合作夥伴資料可參閱以下連結:http://ligo.org/partners.php

處女座重力波團隊 (The Virgo Collaboration)

Virgo團隊由多於280名來自二十個不同的歐洲研究團隊的物理學家及工程師組成。當中包括法國的Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)、意大利的Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)、荷蘭的Nikhef、匈牙利的MTA Wigner RCP、波蘭的POLGRAW小組、西班牙的瓦倫西亞大學(the Unviersity of Valencia)及鄰近意大利比薩的歐洲重力波天文台(European Gravitational Observatory)。



中大物理系助理教授黎冠峰教授。

中大物理系助理教授黎冠峰教授。

 

Virgo重力波探測器控制室。

Virgo重力波探測器控制室。

 

Virgo重力波探測器外觀。

Virgo重力波探測器外觀。

 

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