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2016-02-16 11:11:14

卡迪夫大学科研人员参与引力波探测项目

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由多国科学家组成的国际团队首次直接观测到了引力波,在阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)广义相对论提出整整100周年之际,填补了该理论中最后一块缺失的“拼图”,卡迪夫大学物理和天文学学院的一支科研团队参加了这项工作。

2015914日上午951分,位于美国路易斯安那州和华盛顿州的两台激光干涉引力波天文台(LIGO)探测器分别探测到了引力波信号。

为了捕捉神秘莫测的引力波信号,研究人员苦苦搜寻50年,这次的发现为这一工作画上了圆满句号,为人类开辟了天文学研究的新纪元,使我们进一步验证爱因斯坦的理论成为可能,为研究人员观察宇宙中发生的极端事件开启了新窗口,卡迪夫大学的引力物理学小组(Gravitational Physics Group)在这其中功不可没。

卡迪夫大学物理和天文学学院的B·S·赛提亚普拉卡什教授(B S Sathyaprakash)说:“LIGO的这一伟大发现为人类观察宇宙中的剧烈演化过程开启了一扇新窗口,例如:黑洞和中子星的合并,超新星爆发以及其他宇宙现象。我们也可以利用这些观察结果验证爱因斯坦的引力理论,破解暗物质和暗能量的谜题。”

1916年爱因斯坦首次预言,恒星爆发、黑洞合并等剧烈的宇宙事件会发出引力波,这是一种微小的时空波动。引力波携带着关于其自身神秘起源和引力本质的重要信息,这些信息是通过其他方式所无法获取的。

引力波就像石头落入池塘激起的向四周扩散的细微涟漪,但由于太过微弱,在此之前,人类在地球上一直未能探测到它的存在。

LIGO团队宣布,这次探测到的引力波是两个黑洞在合并时发出的,持续时间不到1秒。合并后形成的大质量黑洞距离地球约13亿光年。据估计,两个黑洞合并前的质量分别大致相当于29个和36个太阳质量。

过去十年,卡迪夫大学的引力物理学小组开展了大量研究工作,为探测引力波奠定了方法基础,开发出了全新算法和软件,现在已经成为探测引力波信号的标准搜索工具。

该小组中包括多位研究黑洞碰撞的世界顶尖学者,他们开发出了大规模计算机仿真程序,用于模拟这些剧烈的宇宙事件,预测引力波如何由此产生。在这次解读引力波信号,测定两个黑洞性质的工作中,这些计算程序发挥了重要作用。

除了这些基础性工作外,引力物理学小组在LIGO合作项目中还承担了大量计算任务,借助卡迪夫大学的超级计算机,对两台探测器获得的海量数据进行了筛选,找到揭开引力波真容的信号。

“我第一次听说双黑洞系统是在40多年前的一场讲座上,今天我们直接探测到了它们,我简直不敢相信。”赛提亚普拉卡什教授继续说,“20年来,我们的学生和博士后研究人员为今天这一振奋人心的发现做出了巨大贡献,与他们分享这个消息令我心潮澎湃。”

卡迪夫大学物理和天文学学院的马克·汉纳姆教授(Mark Hannam)说:“这一发现证实了许多我们从前无法确定的猜想——黑洞和双黑洞系统的质量是太阳的数十倍。这改变了我们对宇宙的认识,但这仅仅是个开始。”

卡迪夫大学物理和天文学学院的帕特里克·萨顿博士(Patrick Sutton)说:“每当天文学家掌握一种观察宇宙的新方法后,就会获得许多完全出乎意料的新认识,从土星光环,到脉冲星,再到大爆炸产生的微波背景辐射。这次的发现是人类第一次观察到双黑洞合并事件,这让我们有机会在大爆炸以后的最极端宇宙事件中验证爱因斯坦的理论。”

卡迪夫大学物理和天文学学院的斯蒂芬·费尔赫斯特博士(Stephen Fairhurst)说:“这次的惊人发现证实了爱因斯坦广义相对论中的许多预言,揭开了引力波天文学的序幕,这是观察宇宙的全新途径。”

LIGO天文台的执行董事,来自加州理工学院的戴维·H·莱兹(David H. Reitze)说:“五十多年前,我们曾立下雄心壮志,要直接探测到神秘莫测的引力波,更好地理解宇宙,我们这次的观察发现实现了这一目标,在爱因斯坦提出广义相对论100周年之际,验证了他的伟大预言。”

英国威尔士政府首席部长卡文·琼斯(Carwyn Jones)说:“合作推动科学发展。艾萨克·牛顿(Isaac Newton)有一句名言,说自己站在巨人的肩膀上,意思就是自己的发现都建立在前人工作的基础之上。今天我们取得的新发现验证了另一位引力物理学巨匠阿尔伯特·爱因斯坦的伟大工作。这一重大发现为我们认识宇宙活动开辟了新途径,威尔士大学的研究人员在其中发挥了基础性作用,我深感自豪。卡迪夫大学的科学家在这一重大突破中扮演了重要角色,我向他们表示祝贺。”

LIGO研究计划由LIGO科学合作组织(LIGO Scientific CollaborationLSC)负责实施,该团队由约950名高校科研人员组成,他们来自超过15个国家。LSC观测网络由设在路易斯安那州利文斯顿(Livingston)和华盛顿州汉福德(Hanford)的两台LIGO干涉仪组成。这一重大发现的获得离不开探测器的重大改造,升级后的新探测器被称为高级LIGOAdvanced LIGOaLIGO),与改造前相比新探测器的极限灵敏度提高了10倍,对宇宙的探测体积范围扩大了1000倍。