LIGO-VIRGO 首次聯合觀測到引力波信號，波源定位精確度大幅提高

翻譯 金燁

審校&編輯 金庄維

北京時間 2017 年 9 月 28 日 0:30, LIGO 和 Virgo 合作組舉行發布會，宣布首次聯合探測到來自雙黑洞合併的引力波。這是第四個得到確認的雙黑洞合併引力波信號，也是 Virgo 探測器記錄到的首個重要的引力波信號，它標誌著引力波三探測器網路將開始大顯身手。

圖片來源：The LIGO Collaboration

該信號編號為 GW170814，於 2017 年 8 月 4 日 10:30:43（世界標準時間）被三個探測器聯合觀測到。這三個探測器分別是：激光干涉引力波探測天文台（LIGO）的兩台干涉儀（分別位於美國路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德），以及位於義大利比薩附近的處女座（Virgo）引力波探測器。相關論文已被Physical Review Letters接收（論文信息見文末）。

這次探測到的引力波信號同樣來自雙黑洞合併，這兩個黑洞的質量分別是太陽質量的 31 倍和 25 倍，距離我們 18 億光年。合併後的新黑洞質量約為 53 個太陽質量。這就是說，約有 3 個太陽質量的物質在合併過程中被轉化成引力波的能量。

圖片來源：ligo.org

LIGO 科學合作組（LSC）發言人，MIT 的 David Shoemaker 表示：「這只是 Virgo 和 LIGO 聯合觀測的開始。下一輪觀測將在 2018 年秋季展開，我們期望屆時每周都能探測到類似的引力波信號，甚至更多。」

Virgo 合作組發言人，阿姆斯特丹國家亞原子物理研究所（Nikhef）、阿姆斯特丹自由大學（VU University Amsterdam）的 Jo van den Brand 評論說：「升級後的 Virgo 探測器正式開始收集數據僅兩周，我們就探測到了第一個引力波信號，太棒了！這是對我們過去六年不斷努力的最好回報。」

美國國家科學基金委（NSF）主席 France Córdova 說：「大約一年半之前，NSF 宣布 LIGO 第一次探測到 10 億光年之外的星系中，兩個黑洞合併產生的引力波。今天，我們很高興地宣布，Virgo 與 LIGO 合作組首次聯合探測到引力波信號，儘管這些探測器相距數千公里。這是國際科學合作的一座里程碑。」

強強聯手

升級後的 LIGO 是第二代引力波探測器。從 2015 年 9 月開始，LIGO 進行了兩輪觀測。第二輪觀測「O2」的觀測期是 2016 年 11 月 30 日到 2017 年 8 月 25 日。

新升級的 Virgo 是 Virgo 合作組建造並運行的第二代引力波探測器。初代 Virgo 探測器的觀測任務於 2011 年 10 月結束，接著便開始升級。新設備於 2017 年 2 月投入使用，繼續探測任務；2 個月後第一次成功地在工作點實現探測器的調控。

2017 年 8 月 1 日 10 點（世界標準時間），Virgo 探測器加入 O2。8 月 14 日，三台探測器的數據都出現了引力波信號的跡象。雖然目前 Virgo 的靈敏度還低於 LIGO，不過基於來自三個探測器的所有信息，兩種獨立搜索演算法均證實了 Virgo 數據中的引力波信號。

圖片來源：ligo.org

當引力波探測網中的探測器數目增加到三個的時候，搜索引力波源的空間範圍會比原來縮小近 20 倍。GW170814 波源所在的天空區域被限定在 60 平方度的範圍內，比僅使用 LIGO 的兩台干涉儀進行定位時小了 10 多倍。另外，Virgo 的加入使得波源距離的測量準確度也得到提高。LSC 副發言人，喬治亞技術中心的 Laura Cadonati 教授說：「精確度的提高將使得整個天文物理界產生更多精彩的發現，包括多信使觀測。我們可以在更小的搜索範圍內使用天文望遠鏡和衛星觀測發出引力波、電磁輻射的宇宙事件，比如中子星碰撞。」

負責 LIGO 運作的副主席 Fred Raab 表示: 「隨著越來越多的天文台加入國際引力波觀測網路，我們不僅能夠更精確地定位波源，還能更準確地還原偏振信息，對愛因斯坦的理論進行檢驗。」

不過這次，與 LIGO 和 Virgo 合作的天文儀器均沒有找到 GW170814 引力波的電磁對應。這與 LIGO 的前三次觀測結果類似：雙黑洞合併只能產生引力波，沒有光（電磁輻射）。

「LIGO 與 Virgo 的合作使我們更為深入地研究引力波宇宙學。Virgo 的加入讓我們能夠更高效地探測引力波、定位波源。毫無疑問，這將帶來激動人心的意外發現！」 LIGO 實驗室執行主任、加州理工學院的 David H. Reitze 總結道。

http://www.ligo.org/detections/GW170814/press-release/pr-english.pdf

論文基本信息：

【題目】GW170814 : A three-detector observation of gravitational waves from a binary black holecoalescence

【作者】The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration

【日期】2017.9.27

【ArXiv】1709.09660

【鏈接】https://arxiv.org/abs/1709.09660

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