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歐洲即將啟動重力波偵測器聯合觀測

2011/08/21 | | 標籤:

歐洲兩個設置在地球表面的重力波偵測器GEO600和Virgo已進入緊鑼密鼓的整合測試階段,預計今年夏天就可以啟用,正式搜捕重力波(gravitational wave)。這幾個實驗計畫,也將與美國的LIGO等重力波偵測裝置聯合,以收最大效益。

根據愛因斯坦的廣義相對論:當超新星爆炸、中子星或黑洞互撞、甚至常見的快速自轉脈衝星(pulsar)等劇烈宇宙事件,都會發出重力波,即時空結構的振盪現象。如果真的能找到重力波,將使科學家能更瞭解宇宙的本質。

位在德國漢諾威(Hannover)附近的GEO600是德、英合作的計畫,位在義大利比薩(Pisa)附近的Virgo則 是義大利、法國、荷蘭、波蘭和匈牙利等國合作的計畫。待整合測試完成後,這兩個計畫將在2011年9月之前的整個夏天期間進行聯合觀測。這兩個偵測器的偵 測方式,是利用水平面上排成L形的兩組雷射支臂來測量,發射到支臂中的雷射光被位在支臂末端、處在幾近真空狀態中的鏡片反射到L中間的光子偵測器,當有重 力波通過時,鏡片與光子偵測器之間的距離受到重力波影響而有極微小改變,兩股雷射的干涉型態就會隨之改變。

為了要聆聽這些來自宇宙劇烈事件發出的低吟,科學家希望在地球表面各地設置類似的雷射干涉裝置,如此一來,任何因地表局部區域因素引起的假重力波警報 便可忽略。此外,就像我們大腦辨別耳朵所聽到的聲音來源一樣,從各測站的分佈位置,可以大致估算出重力波的來源方向,例如:兩組偵測器的話,重力波來源大 致會在天空中繪出一個圓;三組以上偵測器的話,則可在天上縮小確認範圍到幾個點而已。

GEO600和Virgo的偵測器,在600Hz以上高頻區的靈敏度都很好,此頻率比較適合用來搜尋超新星爆炸或伽瑪射線爆發(gamma-ray burst,GRB)等事件所發出的重力波。GRB是宇宙中最亮的瞬變事件(transient event),可能是因大質量恆星的核心重力塌縮成中子星或黑洞時所產生的。天文學家認為這個現象應該會產生強重力輻射,是重力波搜尋的理想目標。GRB 重力波的頻率和天體質量有關,所以可能會高達千赫茲(kHz)以上。不過由於科學家估計重力波訊號應該蠻微弱的,因此偵測到類似事件的機率可能不高,只能 用偵測器的靈敏度來增加偵測到此類事件的機率。

Virgo實驗的偵測器的靈敏度在低於100Hz的低頻部分也非常好,因此Virgo也適合用來搜尋單獨的脈衝星訊號。例如船帆座超新星殘骸 (Vela supernova remnant)裡的脈衝星,會發射規律的電磁輻射脈衝,從伽瑪射線到無線電波波段都有類似的脈衝訊號,估計它所產生的重力波頻率約在22Hz左右。

除了搜尋重力波的正式研究工作外,這些計畫還將測試新技術,以便應用在下一代重力波天文台中。

關於這兩個計畫的其他細節,建議可至參考下列2支短片,可得比較深入的瞭解:

  1. DVD EGO-VIRGO
  2. ATLAS_english_DVD_MOV.mov

資料來源:European scientists take a major step forward towards detecting gravitational waves

引用自臺北天文館之網路天文館網站


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