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04 引力波(第5页)

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这两个相互靠近的黑洞质量分别是大约29和36个太阳质量,它们合并之后形成的大黑洞大概是62倍太阳质量。

听起来挺平凡的,但它却是宇宙中可能发生的最剧烈的过程之一。

一些机智的读者可能已经发现29加36并不等于62。

这是因为黑洞在并合时产生的引力波恰好带走了3个太阳质量对应的能量(回想一下爱因斯坦的质能公式:)。

这一系统损失了如此巨量的能量,在某种意义上也可以体现为什么我们称它为“剧烈过程”

为了更直观地理解这个数字,我们可以想象一下两个黑洞并合产生的引力波,它的能量甚至比全宇宙所有恒星发出的光能加起来还要大。

它们在13亿光年外都能被观测到,这已经是整个可观测宇宙[1]中非常大的一部分了。

在引力物理学家眼中,这是既极端又非常令人激动的事件。

未来的展望

虽然我们已经探测到了引力波,但不能止步于此。

LIGO的探测结果既是长时间探索的终点,又是一种新天文学的起点。

我们对此充满希望,因为不出意外的话,将来LIGO还会探测到更多的引力波。

而且,人们已经开始计划和修建新一代的引力波探测器,包括在美国之外的地区建立LIGO的新台址,比如印度就是比较好的选项。

更多的台址可以让LIGO更好地在天空中定位引力波源,只有这样,引力波才能成为更好的非电磁波天文学工具。

除了LIGO之外,另一个引力波探测项目叫做eLIS(thAeEvolvedLaserIerSpaa,演化激光干涉空间天线)。

eLISA项目是欧洲空间局规划的空间引力波探测器。

它有不少地面望远镜没有的优势,其中最重要的是它不会被地震噪声影响。

这意味着它在一定的频率范围可以达到地面上极难达到的灵敏度。

它还可以建造得比地面探测器大很多,因为激光会在卫星之间的真空里传播,不需要建造任何管道。

eLISA计划利用三颗卫星相互发射激光,从而组成一个三角形。

三颗卫星两两之间的距离大约百万千米。

要探测引力波,探测器需要越大越好——因此eLISA在将来很可能做出更加高质量的发现。

虽然eLISA的臂可以设计得非常长,且不会受到地震波影响,但它还需要面对其他的挑战。

太空中的环境接近真空,但并不是完全的真空。

太阳发射的带电粒子,以及持续不断朝地球方向轰炸的宇宙射线,都可能对这类空间探测器产生影响。

地面上有地球大气和地球磁场的保护,但空间望远镜没有。

另一方面,在太空中正确地排列和保持探测器的稳定是非常困难的。

尽管存在上述挑战,eLISA还是非常有可能成功启动,并在太空中探测到引力波。

将来另一种探测引力波的方法是利用宇宙学观测。

宇宙学是研究宇宙整体的现状和演化的学科,人们期待用新的宇宙学项目看到引力波在宇宙中留下的足迹。

我们将在第5章讨论这些课题。

[1] 以观测者作为中心的球体空间,其中物体发出的光在宇宙年龄的时间内足以到达观测者,也就是说只有可观测宇宙内的物体是看得到的,目前可观测宇宙可达920亿光年。

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