摘要:根據人工數據集,研究人員估測,激光干涉引力波觀測站有28%的概率探測到黑洞合併鈴聲的首個泛音。研究人員通過建模,模擬了黑洞合併信號,並向其中添加了由激光干涉引力波觀測站預測的設備噪音數據。

  國外媒體報道,利用引力波探測黑洞合併已成爲天文學研究領域的一個新方向。此前,天文學家觀測宇宙只有一種方式,即利用電磁頻譜。引力波可以幫助我們追溯到更古老的宇宙,看到比以前更深的宇宙空間。第一代引力波探測器堪稱最精密、最靈敏的監測設備,可以探測到空間運動。現在,科學家們則可以通過更爲先進、靈活的探測技術,用現有引力波探測器監測黑洞合併。

 

引力波

  用引力波探測黑洞合併:看到比以前更深的宇宙空間\

  我們無法肉眼看到黑洞,那麼我們該如何判斷我們的理論是否正確呢?天體物理學家則希望通過監測黑洞碰撞來獲取相關信息。最初,我們希望利用一個黑洞來測量另一個黑洞。當然,我們現在都知道,黑洞之所以被稱爲黑洞,就因爲它不會發出任何形式的光。因此,科學家現在已經轉變了思路,不再去直接搜尋它們,而是改去監聽黑洞碰撞過程中釋放出的引力波。

 

  雖然科學家已可以清晰地探測到一次黑洞合併,但每一次合併的具體細節則完全不同,這些細節則隱藏於背景探測器噪音中。也就是說,所有的黑洞合併看起來都很相似。唯一的變數就是正在合併的黑洞的質量。

 

  在如此條件下,研究人員有兩種選擇。選項之一就是,等待更爲先進的探測器;第二選項則是利用更爲靈活的方式來組合不同黑洞合併的信號。當然,有的人則是一直在抱怨,苦苦等待長達20年,這其中包括一些天體物理學家。更多的人則開始着手研究如何組合來自不同黑洞合併的信號,來解決探測器噪音問題,從而將隱藏於其中的合併細節呈現出來。

 

  當兩個黑洞開始死亡螺旋時,它們會釋放出引力波,最開始振幅和頻率都非常低。隨着兩個黑洞逐漸靠近,這種振幅和頻率都在快速升高。接下來,到了合併點,這種信號急劇衰退。在黑洞合併事件發生的臨界點,引力波釋放,就好像開場鈴聲響起。這個鈴聲有一個主調,也包括許多泛音。在一次黑洞合併事件中,泛音要比主調弱得多,而且更加難以探測。因此,在組合信號時,不能將泛音錯誤地組合進去。如果這樣做,就相當於在提高信號強度的同時,也毀了這組信號。

 

  爲了解決信號組合問題,科學家需要每一聲調的相位。要想知道這個相位,就必須進行測量。但是,探測器的敏感度不夠,難以測量這種相位。當然,如果探測器足夠敏感的話,也就不必要組合這種信號了。研究人員通過建模,模擬了黑洞合併信號,並向其中添加了由激光干涉引力波觀測站預測的設備噪音數據。然後,他們利用這種信號去估測每一次合併的主調和第一個泛音的相位和頻率。這些信號再被用來進行匹配。

 

  有人質疑,這種方法可行嗎?科學認爲,答案是肯定的。根據人工數據集,研究人員估測,激光干涉引力波觀測站有28%的概率探測到黑洞合併鈴聲的首個泛音。但在採用上述方法後,這一概率提高到97%。當然,這樣的結果也只能作爲一種參考,因爲研究人員測算的前提是假設一年中可以觀測到多少次黑洞合併。雖然,目前這種觀測到的黑洞合併機率很小,但上述方法仍不失爲一種較爲先進的方法,或許最終可以增強信號並剔出泛音。

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