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LIGO「看」見重力波

1916年,愛因斯坦發表了相對論,其中提及了重力波的存在;但直至2015年,LIGO才探測到了兩黑洞合併產生的重力波。

  而在今年10/17,LIGO第五次偵測到重力波,與以往大不相同,分別位於華盛頓與路易斯安那的兩台偵測器,接收到了長達100秒的訊號──這個時間遠比以前的黑洞合併重力波還要久。

  於是,科學家們合理地懷疑,這很可能是中子星對撞產生的重力波;之後LIGO團隊由所得訊號計算出,兩個相撞的物體質量約為1.1-1.6倍太陽質量,而這也剛好介在中子星的質量範圍。

  在LIGO偵測到重力波的同時,鄰近義大利城市比薩的重力波探測儀Virgo也接收到了中子星對撞的訊號;更令人振奮的是,在太空中運行的伽瑪射線望遠鏡接收到了來自相同方向的脈衝伽瑪射線。

  藉由這些觀測數據,科學家們開始尋找重力波產生的源頭──也就是中子星對撞之處,也成功觀測到了新中子星的形成過程。



中子星對撞[1]



  能夠成功觀測到重力波,最大功臣非LIGO莫屬了。LIGO的設計原理是「光的干涉」。當一束光雷射光發出之後,經過分光鏡(beam splitter),會分成兩道前進方向相互垂直的光,之後經由末端的鏡面反射,被偵測器(light detector)接收;距離分光鏡較近的兩面鏡子是補償鏡,目的是修正光在穿透分光鏡後產生的偏折。藉由這兩道光形成的干涉條紋變化,可以推知是否有重力波經過。



LIGO結構 [2]



  當重力波經過時,會讓LIGO的兩臂產生伸縮,使得光走的距離有所改變,造成干涉條紋的改變;而干涉條紋的改變,就可能是在告訴我們,重力波來了



重力波[3]



  但是,最初幾年(2002-2011),LIGO都沒有探測到任何重力波的訊號。於是經過一番改造,在2016年,Advanced LIGO誕生了,它增加了反射鏡的質量,也將原本的單層擺改為四層,減少外界震動對LIGO造成的影響;懸吊的線是石英玻璃,減少熱雜訊。另外,Advanced LIGO也新增了功率倍增器,LIGO的雷射功率只有200 W,科學家利用多設了一面功率再循環鏡,使入射光在鏡面間來回反射,直到反射光功率到達750 W再輸出。



增加穩定性[4]



增加雷射功率[5]



  LIGO的成功,是天文物理學界的一大進步。以往,我們都是用光來觀測宇宙,但是光常常會受到周圍環境的影響(ex:重力透鏡),呈現在我們眼前的東西不一定為真。相較之下,重力波的傳遞就只是時空的波紋,不會受到其他物質的干擾,因此,科學家可以藉由重力波,更準確地觀測在宇宙各地發生的天文事件。



 



原始資料:

https://www.space.com/38469-gravitational-waves-from-neutron-stars-discovery-ligo.html

http://www.ligo.org/science/Publication-GW150914/

http://tw.aboluowang.com/2016/0214/691999.html

參考資料:

http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=2260

https://www.space.com/38471-gravitational-waves-neutron-star-crashes-discovery-explained.html

https://thestandnews.com/cosmos/LIGO-%E7%AC%AC-2-%E6%AC%A1%E7%99%BC%E7%8F%BE%E9%87%8D%E5%8A%9B%E6%B3%A2-%E5%86%8D%E8%AD%89%E6%84%9B%E5%9B%A0%E6%96%AF%E5%9D%A6%E5%BB%A3%E7%BE%A9%E7%9B%B8%E5%B0%8D%E8%AB%96/

圖片來源:

[0] https://www.livescience.com/60695-why-gravitational-wave-discovery-matters.html?utm_source=notification

[1] https://www.space.com/22078-inside-neutron-stars-graphic.html  

[2] https://www.space.com/38471-gravitational-waves-neutron-star-crashes-discovery-explained.html

[3] https://www.space.com/38471-gravitational-waves-neutron-star-crashes-discovery-explained.html

[4] http://tw.aboluowang.com/2016/0214/691999.html

[5] http://tw.aboluowang.com/2016/0214/691999.html

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