當(dāng)?shù)貢r間2月15日，激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)科學(xué)合作組織宣布，接收到來自美國國家科學(xué)基金會、英國研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)和澳大利亞研究委員會共3500萬美元的資金支持，將對其兩個探測器進(jìn)行重大升級。
LIGO曾于2015年首次在人類歷史上聆聽到時空的漣漪——引力波。升級后的LIGO將被命名為Advanced LIGO Plus ，簡稱ALIGO+，預(yù)計將于2024年開始運(yùn)行。
美國國家科學(xué)基金會負(fù)責(zé)人弗朗斯·科多瓦表示，這次升級將保證LIGO未來10年在引力波科學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。
每天都將“聽”到引力波
2015年以來，LIGO共成功探測到11次引力波事件，10次源于黑洞并和，1次源于中子星并和。而升級后的ALIGO+，探測能力將進(jìn)一步增強(qiáng)，可探測的宇宙空間將比現(xiàn)在提升7倍。
LIGO負(fù)責(zé)人、加州理工大學(xué)教授大衛(wèi)·賴茨表示，有了ALIGO+，將來每天都能探測到黑洞并和產(chǎn)生的引力波。而探測由中子星并和產(chǎn)生的引力波，雖然目前僅有1次，但未來會愈發(fā)頻繁。
這主要是因為，升級后的ALIGO+將應(yīng)用量子壓縮光和新的鏡面涂層技術(shù)。
“目前 LIGO的設(shè)計靈敏度由量子噪聲主導(dǎo)，而量子壓縮光正是用來降低量子噪聲的。”LIGO科學(xué)合作組織成員、任教于英國伯明翰大學(xué)物理與天文學(xué)院的繆海興告訴科技日報記者。
繆海興介紹，量子壓縮光可理解為對量子漲落的“重新分配”。ALIGO+將應(yīng)用與頻率相關(guān)的量子壓縮光，即同時降低低頻的量子輻射壓力噪聲和高頻的量子散粒噪聲，目標(biāo)是將ALIGO+的振幅靈敏度提高到目前的2倍。
至于新的鏡面涂層技術(shù)，繆海興透露，鍍膜的材料不會改變，而是會通過新的處理技術(shù)，使鏡面鍍膜的熱噪聲大大降低。
“這就相當(dāng)于ALIGO+使用了更好的‘抗噪’耳機(jī)，我們就能聽到更清晰的‘音樂細(xì)節(jié)’以及更微弱的‘神秘歌聲’。” LIGO科學(xué)合作組織成員、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院特聘研究員范錫龍接受科技日報記者采訪時說。
或?qū)⑻魬?zhàn)恒星和星族演化理論
“隨著時間的推移，LIGO探測到引力波的次數(shù)肯定會越來越多。我們可以通過提升探測器的靈敏度來實現(xiàn)這一目標(biāo)，而不僅僅是按部就班地觀測和等待。” LIGO科學(xué)合作組織成員、英國格拉斯哥大學(xué)教授王毅雄接受科技日報記者采訪時說。
王毅雄介紹，ALIGO+對雙中子星并和的探測距離將達(dá)到300百萬秒差距(Mpc)，而對雙黑洞并和的探測距離超過宇宙半徑的一半。
“這意味著，對于同一類引力波源而言，例如雙中子星并和產(chǎn)生的引力波，ALIGO+可探測到更遙遠(yuǎn)、數(shù)量更多的信號。” 范錫龍說。
范錫龍告訴記者，更多的同類信號可以讓科學(xué)家從統(tǒng)計學(xué)角度理解這些系統(tǒng)，如雙中子星的質(zhì)量分布、自旋分布等，就像給宇宙中的相關(guān)天體做“人口普查”。而借助統(tǒng)計學(xué)信息，結(jié)合恒星和星族演化理論，就能推測雙中子星的演化過程等問題。
與此同時，更遙遠(yuǎn)的引力波信號，會有更大幾率遇到宇宙中其他天體，從而發(fā)生強(qiáng)引力透鏡化引力波現(xiàn)象。通過研究這種現(xiàn)象，引力波速度、哈勃常數(shù)、星系暗物質(zhì)分布等一系列重要問題將有可能獲得重要進(jìn)展。
“我個人最期待的是，ALIGO+能觀測到更多更遙遠(yuǎn)距離的大質(zhì)量雙黑洞，那么關(guān)于雙星比例、初始質(zhì)量函數(shù)等一系列恒星和星族演化理論中的初始設(shè)定可能會受到挑戰(zhàn)。” 范錫龍說。
按照ALIGO+項目負(fù)責(zé)人邁克爾·朱克的說法，ALIGO+將在1周以內(nèi)實現(xiàn)過去3年的探測數(shù)量。在范錫龍看來，隨著引力波探測器的不斷升級，引力波信號也需要更加詳細(xì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過程來挖掘。
“未來大量引力波信號的快速處理將是一個新的研究領(lǐng)域。” 范錫龍告訴科技日報記者，除了使用更快的計算機(jī)、提高傳統(tǒng)算法運(yùn)算速度等手段，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也開始在引力波數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域大展拳腳。
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