引力波探测器重新开始对宇宙的探索

2023年5月24日-今天，LIGO-Virgo-KAGRA （LVK）合作项目开始了新的观测运行，仪器升级，信号模型更新，甚至更精确，数据分析方法更先进。LVK合作项目由全球各地的科学家组成，他们使用一个观测站网络——美国的ligo、欧洲的Virgo和日本的KAGRA——来寻找由黑洞碰撞和其他极端宇宙事件产生的引力波或时空涟漪。火狐体育自2013年以来一直是LIGO科学合作组织（LSC）的成员。ligo（激光干涉仪引力波观测站）是一对4公里长的激光干涉仪，它们已经观测到许多涉及黑洞和中子星的碰撞。

第四次观测被称为O4，有望将引力波天文学提升到一个新的水平。此前有三次观测，第一次开始于2015年9月。这些运行已经探测到80多个黑洞合并，两个可能的中子星合并，以及一些最可能是黑洞与中子星合并的事件。

O4将于5月24日开始，持续20个月，其中包括两个月的调试中断，在此期间探测器将进一步改进。这将是迄今为止对引力波最敏感的搜索。LIGO将于5月24日恢复运行，而Virgo探测器（位于意大利比萨附近）将于今年晚些时候加入。kagra是最新的探测器，位于日本的一座山下，它将从5月24日开始加入一个月，在一些升级之后重新加入观测运行。在O4期间，研究人员希望观察到更多的高能宇宙事件，并获得对宇宙本质的新见解。

“我们将面临大量引力波事件，这将使之前的所有观测都相形见绌，”物理与天文系助理教授肖恩·高希（Shaon Ghosh）说。“过去几年的大部分开发工作都是为了解决预期的大量探测，现在我们已经准备好了。”

除了Ghosh教授，火狐体育的LIGO研究小组还包括Rodica Martin教授、Marc Favata教授和几名本科生。该小组的研究重点是LIGO探测器的光学组件，模拟引力波信号，限制中子星的内部，并提高我们使用光学和射电望远镜寻找引力波信号对应物的能力。该小组成员还参与了一些与引力波科学有关的教育和公众宣传活动。

随着探测器灵敏度的提高，O4将观测到比以前更大的宇宙部分。LIGO探测器的灵敏度将比以前提高大约30%。这种灵敏度的提高将导致观测到引力波信号的频率更高，从而每2或3天就能探测到一次合并。此外，灵敏度的提高将使我们能够从数据中提取更多的物理信息（包括独特的天体物理学和宇宙学信息）。它还将提高科学家检验爱因斯坦广义相对论的能力，并推断出本地宇宙中死亡恒星的真实数量。

作为LSC内一个工作组的联合负责人，高希教授帮助率先对探测到的引力波信号发出自动警报。这些软件在探测到信号后的60秒内发出警报，并发送给世界各地的天文学家和望远镜设施，以及在太空轨道上运行的设施。这些警报包含有关引力波事件可能发生的天空位置的信息，使望远镜或太空探测器能够寻找涉及中子星碰撞的电磁信号。这些警报还告诉天文学家中子星是否参与了合并，以及恒星的结构是否被破坏；这些都是恒星合并后发光的关键条件。

高希教授与本科生迈克尔·卡米洛（Michael Camilo）也在研究中子星碰撞的多重探测如何有助于约束这些密度极高的恒星的内部特性。这些高密度核物质的性质是不确定的，不可能在地球上的实验室中复制；它们只能用中子星来探测。Ghosh说：“我们的工作将为系统地结合来自多个探测的信息铺平道路，并有助于对中子星物质的最新理解。”

自上次观测以来，LIGO探测器本身经历了几次升级。这些升级包括对进入LIGO探测器的各种光学元件的改进。物理与天文系副教授罗迪卡·马丁（Rodica Martin）通过提高一种名为法拉第隔离器的设备的性能，为这些改进做出了贡献。这些装置使用磁场来控制光的偏振，并帮助限制LIGO强大激光的路径。

“前三个观测周期暗示了引力波观测探测宇宙天体物理过程的巨大潜力，”火狐体育火狐体育州立LIGO小组的PI和物理与天文系主任法瓦塔教授说。“预计O4中探测到的事件将显著增加，未来的观测将帮助我们实现这一潜力。”

引力波天文台

LIGO由美国国家科学基金会（NSF）资助，由加州理工学院和麻省理工学院负责运营，这两家学院构想并建造了这个项目。先进LIGO项目的资金支持由美国国家科学基金会牵头，德国（马克斯普朗克学会）、英国（科学技术设施委员会）和澳大利亚（澳大利亚研究委员会）对该项目做出了重大承诺和贡献。来自世界各地的1500多名科学家通过LIGO科学合作组织（包括GEO合作组织）参与了这项工作。其他合作伙伴列表见http://ligo.org/partners.php。

处女座合作组织目前由来自15个不同国家（主要是欧洲）143个机构的大约850名成员组成。欧洲引力天文台（EGO）在意大利比萨附近安置了处女座探测器，由法国国家科学研究中心（CNRS）、意大利国家核物理研究所（INFN）和荷兰国家亚原子物理研究所（Nikhef）资助。处女座协作组的列表可以在http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/上找到。更多信息请访问处女座网站https://www.virgo-gw.eu。

KAGRA是位于日本岐阜神冈的3公里臂长激光干涉仪。主办机构是东京大学宇宙射线研究所（ICRR），该项目由日本国家天文台（NAOJ）和高能加速器研究组织（KEK）共同主办。KAGRA合作由来自17个国家/地区的115个研究所的480多名成员组成。KAGRA的一般信息在网站https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/上。研究人员的资源可从http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA获得。

[本文基于2023年5月24日的LVK新闻稿]