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用脉冲星高精度的计时观测探测引力波

发布时间:2019-04-13 21:21来源: 未知

2015年9月14日,美国的激光干预仪引力波地舆台(下列简称LIGO)划分位于路易斯安那州和华盛顿州的两个探测器几近同时拿获到一个引力波旌旗灯号(图2)。这个被定名为GW150914的事务来自于间隔地球十几亿光年之外的两个恒星量级黑洞的并合。

这是人类初度直接探测到引力波和黑洞的碰撞与并合过程。这个远大创造掀开了一扇视察宇宙的新窗口,意味着引力波地理学时代的到来。

2017年8月17日,LIGO探测到GW170817的引力波信号,并观测到电磁波的对应体,发现引力波来自两个中子星的并合,初度实现天体的引力波与电磁波的多信使观察。

目前引力波探测的4个频段

实际研讨批注引力波的频率畛域颇为宽,它由不同的引力波源贡献,今朝正在施行或筹算的引力波探测项目首要关注以下四个频段:

(1)高频(10-103赫兹),探测器因而LIGO为代表的地基激光干预干与仪,必要引力波源是致密双星(中子星与恒星级黑洞);

(2)低频(0.1-100毫赫兹),探测器于是LISA为代表的空间激光干涉干与仪,须要引力波源是大风致双黑洞(104-107太阳风致);

(3)甚低频(1-100纳赫兹),探测法子是利用大口径射电望远镜睁开脉冲星的高精度计时窥察,必要引力波源是超大质量黑洞(106-109太阳品质);

(4)极低频(10-18-10-15赫兹)。探测法子是宇宙微波配景辐射的偏振测量,主要探测宇宙早期引力场的量子扰动孕育发生的、狂涨时期被放大的原初引力波。

脉冲星计时观察与引力波

 

图3 考查多颗的脉冲星,构成计时阵,拿获颠末的引力波信号 

脉冲星是带有强磁场的窜改中子星,目前已知的脉冲星有2500余颗,它们的自转周期从1.4毫秒至8.5秒,其中自转周期小于20毫秒的脉冲星有300余颗,这类毫秒脉冲星是极度刚烈的天然时钟,周期变更率多数在10-20量级。脉冲星计时视察就是丈量毫秒脉冲星的脉冲信号的到达岁月。

单个脉冲通常很不拘泥况且很是微弱,而大量的脉冲叠加在一块儿却具有颇为稳固的外表。那末脉冲星计时窥察若何丈量引力波?

实在,引力波会惹起所传播时空的变形,当有引力波通过地球与脉冲星之间的时分,脉冲星收回的射电波所经由的路径就会被周期性地膨胀与拉长,导致千里镜领受到的脉冲信号呈现周期性地早到和贻误。对脉冲达到光阴进行一时监测,就有企望捕捉到引力波信号。

然而,仅观察一颗脉冲星是不够的,因为得多噪声会笼盖引力波信号,但单颗脉冲星的观测可以用来制约大约具有于数据中的引力波旌旗灯号强度,为此,天文学家提出脉冲星计时阵的观点,即同时监测多颗脉冲星(图3),探求引力波对差距脉冲星计时信号造成的彼此联系关系影响。