和LIGO一起倾听天籁之音

思柯

和LIGO一起倾听天籁之音

思柯

100年前，爱因斯坦用广义相对论预言了引力波的存在，认为引力是弯曲时空的产物，引力波就是大质量物体相互影响时产生的时空涟漪。如今，科学家终于探测到了引力波存在的直接证据。2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）的科学家宣布发现了13亿光年之外的两个黑洞碰撞产生的引力波的信号，这个被称作GW150914的引力波是在去年9月14日被LIGO检测到的。

理论上，宇宙中应该不乏引力波的痕迹。像超新星爆发、中子星超速运转、黑洞双星或双中子星旋近这些外力扰动时空的宇宙事件都将产生引力波。但是，直到20世纪60年代初，科学家才开始尝试对引力波的观测。60年代末，麻省理工学院的雷纳·维斯首先想到通过分离激光束以及干涉的方法有可能寻找到引力波存在的证据。这也就是LIGO的大致工作原理。

1992年，美国科学基金会（NSF）通过了建造LIGO的2.72亿美元拨款计划。LIGO由两台探测器组成，分别位于汉福德市和利文斯顿市。在LIGO中，一束激光被分束器分成两束，沿着彼此垂直的4千米通道传播，随后两束激光来回反射并最终在探测器上重组。正常情况下两束激光彼此抵消；当引力波进入LIGO时，通道轻微变形，光的传播距离发生变化，重组时就不会抵消，从而在探测器上产生一个可测量的信号。

LIGO计划的主要目的就是探测引力波，在2002到2010年的运行第一阶段并未能探测到任何引力波，但NSF仍然对LIGO的进展满意，并再次划拨2.05亿美元用于升级LIGO。LIGO经历了20多年的漫长岁月并已耗资超过5亿多美元。近年来，引力波探测成为热点，包括VIRGO引力波探测项目、GEO600引力波观测站以及IPTA国际脉冲星计时阵等等，都希望早日探测到引力波，甚至还发生了BICEP2望远镜宣称探测到原初引力波的乌龙事件。凡此种种使得LIGO的科学家面临很大的竞争压力。

然而，LIGO终于兑现其承诺。引力波信号的发现，也意味着一些重要的天体物理研究成果的诞生，包括它也代表了黑洞存在的首次观测证据。科学家对宇宙的探测几乎都是通过电磁光谱获得的，95%的宇宙仍然无法用传统的天文学手段观察到，引力波将帮助我们以前所未有的方式巡视时空，这就意味着一个全新的天文学领域已经开启。升级后的LIGO、在建的爱因斯坦望远镜以及位于太空的eLISA等等都已整装待发。

LIGO目前已进入新一轮的改进工作，探测器正在一步步接近其最大的灵敏度，到夏末时系统将再次上线，倾听我们几乎难以想象的来自宇宙深处的天籁之音。“我们正在打开一个与以往完全不同的观察宇宙的新窗口，虽然我们还不知道通过窗口我们将看到什么，”基普·索恩说，“但它一定会给我们带来更大的惊喜。”