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耗资3.2亿美元!印度已批准建设激光干涉引力波天文台

引力波在广义相对论中以四维时空结构的扰动向外传播能量的方式存在,是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波。美国LIGO(激光干涉引力波天文台)在2015年首次直接探测到被称为引力波的“时空涟漪”,使天文学进入了引力波新时代。近日,印度政府已批准建设与美国LIGO(LIGO Hanford和 LIGO Livingston)几乎相同的LIGO-India,将耗资3.2亿美元,预计将在2030年左右进行首次观测。
LIGO-India将填补全球网络盲点

“在过去的几年里,我们一直在努力把LIGO探测器带到印度,”加州理工学院LIGO实验室的执行主任David Reitze表示,“得到印度政府的批准是非常棒的进展,这不仅有利于印度,也有利于整个国际引力波界。”

加州理工学院的物理学教授Rana Adhikari说道:“作为最新的引力波探测器,LIGO- India将从一开始就整合我们所有最新和最好的技术。”Rana Adhikari将联合David Reitze以及LIGO团队的其他成员,一起与印度科学家合作,帮助建设LIGO- India。

LIGO-India是LIGO实验室(由加州理工学院和麻省理工学院运营,由美国国家科学基金会(NSF)资助)与印度Raja Ramanna先进技术中心(RRCAT)、等离子体研究所(IPR)、天文与天体物理研究中心(IUCAA)以及原子能部门建筑服务和房地产管理局(DCSEM)之间的合作项目。

即将建设的LIGO-India与华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的LIGO天文台极度相似,如图1所示,包括一个臂长4公里长的L形干涉仪,将建在印度马哈拉施特拉邦的Aundha市附近。
耗资3.2亿美元!印度已批准建设激光干涉引力波天文台

图1 LIGO-India

图源:加州理工学院
当LIGO-India项目完成后,它将加入包括意大利的Virgo和日本的KAGRA在内的全球引力波观测站网络。凭借其先进的引力波传感技术,LIGO-India将大大提高科学家精确定位引力波源的能力。同时,相对于LIGO、Virgo和KAGRA在地球上的位置,它也将填补当前引力波网络中的盲点。

“LIGO-India将会把定位引力波事件的精度提高一个数量级,”Adhikari谈到,“这将极大地提高我们回答关于宇宙基本问题的能力,包括黑洞是如何形成的,宇宙的膨胀率是多少,以及更严格地测试爱因斯坦的广义相对论。”

美国国家科学基金会主任Sethuraman Panchanathan说:“与有着共同的价值观和愿望,比如印度这样志同道合的国家合作,不仅会使奇妙的发现成为可能,更重要的是,会在各处激发人才,释放创新。现有引力波探测器有美国的LIGO,意大利的Virgo和日本的KAGRA,利用NSF资助的LIGO合作开发的高科技干涉仪组件,LIGO-India将增强现有的引力波探测器网络,以便能够更精确地识别引力波源的位置并更可靠地监测其信号。这将大大推动世界各地的研究人员将光学和射电望远镜的观测结果与引力波网络的信息结合起来,以获得关于宇宙的新发现。”
黑洞碰撞

到目前为止,LIGO和Virgo已经探测到黑洞之间数十次碰撞的巨大隆隆声。2017年,天文台还探测到中子星之间的碰撞不仅发出引力波,还发出跨越电磁光谱的强大光波爆炸。

在2017年的引力波事件中,三个引力波探测器(两个LIGO和Virgo)都在观测天空,使得科学家们能够缩小事件发生的天空区域。事实证明,这是指导光基望远镜精确定位壮观爆炸位置的关键因素。光基观测发现,像金这样的重元素,是在宇宙爆炸中形成的。

自那次事件以来,LIGO-Virgo网络又检测到另一次涉及中子星的碰撞,尽管没有用光基望远镜看到它。随着LIGO-India的部署,发现这些所谓的多信使事件(光和引力波是信使)应该会变得更容易。

LIGO-India的一些前期工作已经开始,比如LIGO-India建筑的设计,通往现场的道路建设,以及真空室的制造和测试。该设施将由印度研究人员与LIGO团队成员共同建造。

LIGO-India将帮助科学家更好地定位中子星合并。如图2所示,两个LIGO探测器可以将这些事件定位在天空100到1000平方度范围内,随着LIGO- India的建设获得批准,将有五个引力波探测器(LIGO- India, LIGO Hanford, LIGO Livingston, Virgo和KAGRA)在一个网络中一起工作,可进一步提高定位能力。

耗资3.2亿美元!印度已批准建设激光干涉引力波天文台

图2 引力波探测器分布示意图

国际合作已经促成了两国之间的思想交流和新的关系。例如,数十名印度学生被选中与LIGO团队合作,作为加州理工学院暑期本科生研究奖学金(SURF)计划的一部分。此外,加州理工学院计划邀请几位来自印度的访问科学家到加州理工学院研究LIGO。

“受益于共同的仪器设计、调试知识、技术协调和灵敏度,在国际网络中拥有一个遥远的第三个LIGO天文台将实现LIGO的长期目标,” 致力于LIGO-India项目近十年的汉福德天文台前副主任Fred Raab说道,“这将改变科学的游戏规则。”

原文链接:https://optics.org/news/14/4/34

科学编辑 | 佚名

 

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