赖夫校长表示:“即使是最先进的望远镜也依赖于光,所以我们无法看到黑洞融合的壮观碰撞,因为我们一直认为,黑洞不会发出任何光。然而,凭借 LIGO 的仪器,我们现在有了‘耳朵’可以听到碰撞发出的‘声音’。有了这种全新的‘感官’,LIGO 的团队发现和记录了一个关于大自然的、迄今未被发现的基本事实。但他们利用这个新工具的探索才刚刚开始,这就是为什么人类要从事科学研究!”

图丨美国国家科学基金会新闻发布会上,科学家们为首次探测到引力波而欢呼。从左到右分别为:加布里娜·冈萨雷斯(Gabriela González)、雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Thorne)

那么,LIGO 到底是一套怎样的系统?它是如何充当人类探索宇宙的“耳目”?简单来说,LIGO 系统由两个相距 3000 公里(分别位于美国南海岸的 Livingston 和美国西北海岸的 Hanford),且完全相同的探测器组成。每个探测器包含两个长度为 4 公里、布置成 L 形的真空管。科学家们通过真空管来发射激光束。每束激光到达真空管末端后,会被镜面反射,并沿相反路线返回。

图丨LIGO 激光器工作原理,右下角方块为光电探测器

在同等的条件下,两束激光应该在完全相同的时间抵达源头,由于干涉效应,光线不会抵达光电探测器。然而,如果有引力波穿过探测器,根据爱因斯坦 100 年前的预测,会使两个真空管中的空间出现及其微小的拉伸与压缩,从而破坏了原有的完美平衡,使光线外泄到光电探测器上。这种“失衡”虽然十分短暂,但已足够让科学家们从中发现引力波的踪迹。

图丨LIGO 系统实拍图

的确,自从人类首次探测到引力波后,该领域相关研究已经往前迈进了一大步,尤其是最近这次引力波事件是由 LIGO 的两个观测站与 Virgo 的一个观测站同时发现,通过三角定位原理,更是将探测精度提高了 10 倍之多!从此将相关领域研究带入所谓的“多信使天文学”(multi-messenger astronomy)时代。

“多信使天文学”其实比较容易理解,即借助多种观测手段对某种天文现象进行研究。因为传统的光学及无线电天文望远镜经常会随机对着茫茫苍穹发射信号,但如果观测方位相对明确,这类望远镜可在发现引力波后的第一时间对准信号来源的方向进行观测。

图丨结合多种观测手段的“多信使天文学”

当然,由于引力波是由黑洞融合所产生的宇宙涟漪,并不会产生任何形态的光,所以对于引力波观测来说,传统天文望远镜可能并没有太大作用。但如果将来的某一天,LIGO 和 Virgo 的三座天文台同时观测到了双星融合,而非黑洞融合现象,那么传统天文台就可以根据大致定位方向进行进一步观测了。


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