新型引力波探測器已進入研發階段,它可以探測來自宇宙初始的聲音

2021-01-20 全球熱點聚焦

引力波是相對論預測的一種天文現象,對於它的探測具有很大的意義,可以研究宇宙大爆炸後的一秒內到底發生了什麼,黑洞的形成是從什麼時候開始的。宇宙是不是來自大爆炸,現今的微波背景輻射是來自宇宙大爆炸,還是一次巨大的天文事件,都有望獲得答案。

美國西北大學致力於研究一種新型的引力波探測器,它的大小只有桌面大,可以讓人們傾聽到來自宇宙最初的「回聲」,這種探測儀的頻率非常高,可以觀測到更深宇宙天體運動軌跡,可以回聽宇宙和黑洞形成之處的聲音。

空間引力波探測器

現在美國的引力波探測器LIGO,曾於2015年探測到了兩個黑洞融合以及雙中子星碰撞產生的引力波,該設備耗資10億美元,體積非常巨大。目前美國的LIGO引力波探測器只是幹涉臂就長達數千米,與歐洲的VIRGO探測器有的一比。

新型研發的懸浮探測器,將使用雷射把真空腔中的玻璃珠懸浮在空中,幹涉臂將縮短為一米,它具有更高的靈敏度,可以「傾聽」到原始黑洞發出的引力波,還可以探測一種理論上屬於暗物質成分的粒子——軸子(Axion),這個項目已經獲得了一筆1百萬美元的經費資助。

加州理工學院的物理學家拉納.阿迪卡裡表示,要產生10千赫茲頻率高的引力波,需要事件源頭具有極高的能量,很多科學家對這種源頭的存在持懷疑態度。或許科學家探測暗物質相關的源頭可以滿足上述條件,宇宙中可能真的存在著奇特的「超聲引力波」,可以回溯宇宙之初,並讓世人大吃一驚。

項目資金來自一家洛杉磯慈善基金組織,已經為這個項目投入了100萬美元,項目由西北大學負責研發,運作計劃為期一年,將來還會在此基礎上研發更大型10米級別的探測器。

中國於2019年8月31號在酒泉發射中心,把名為「太極一號」的引力波探測器發射到了太空,它有別於地基探測,在太空中能夠探測到中低頻段的引力波信號,可以探測到質量更大的天體、距離更遙遠的引力波波源。由於引力波信號極其微弱,探測技術需要突破目前人類技術的極限,挑戰非常巨大。雷射幹涉儀位移測量精度達到了相當於一個原子的大小;引力傳感器測量精度達到重力加速度的百億分之一,就相當於一隻螞蟻推動幾噸的「太極一號」衛星產生的加速度;微推進器推力解析度達到亞微牛量級,約為萬分之一的一粒芝麻重量。

引力波探測器原理示圖

科學家一直都在尋找暗物質的下落,而原始黑洞和軸子都是尋找暗物質存在的證據,宇宙有30%以上的物質都是暗物質,暗能量佔據了70-80%,根據觀測到的物質密度和由暴漲理論預言的臨界密度之間存在的差異算出來的。目前只能通過觀察星系運行才能計算出,還沒有其它更好的手段直接探測到。但宇宙是不是來自大爆炸,還是其他方式誕生的,我相信隨著科技的進步,總有一天,我們可以看到它真正的面目。

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