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引力波天文学的时代还没有到来 精选

已有 5957 次阅读 2019-6-2 22:40 |个人分类:大众物理学|系统分类:科普集锦


 

等待戈多

 

 

引力波的探测是近几年影响最大的科学事件。在相距几千公里的几个探测站上,长达几公里的激光干涉仪测量到极其微小的形变(只有原子核直径的几千分之一),推断出距离我们几百万光年乃至几亿光年的宇宙学事件,真是非常巨大的科技成就啊。

2016年初宣布,成功地探测到第一个引力波事件;20179月,引力波触发的“多信使天文学”进入了群众的视野;201710月,引力波探测的三位先驱获得诺贝尔物理学奖;20194月,开始了第三轮的引力波探测。引力波的探测正在改变天文学研究的进程。

然而我认为,引力波天文学的时代还没有到来——有这么几个理由:

首先,一些巧合看起来有些太幸运了。第一个引力波事件GW150914出现在LIGO正式运行之前几天,这也是信号幅度最大的一次;从前两轮的探测结果来看,引力波事件似乎更容易出现在系统发生显著变故以后;在伽马暴监测卫星宣布检测到伽马暴GRB 170817A之后6分钟,LIGO才发布了引力波事件GW170817的预警,使得唯一的一次引力波“多信使天文观测”事件的成色有所不足(这是信噪比最高的一次,同时也是受到巨大干扰的一次)。

其次,在第三轮的引力波观测里,两个月时间还没有给出任何引力波触发的“多信使天文观测”事件。现在的探测精度比两年前有了大幅度提高,理应看到更多的引力波事件。如下图所示,三台引力波探测器的探测范围都有了50%以上的提高(左图是2017817日的数据,右图是2019425日的数据,这两天都观测到了双中子星并合事件导致的引力波)。

因为探测体积正比于探测范围的三次方,可以预期能够探测到的引力波事件应该三倍于从前。然而,比较第二轮最后一个月和第三轮前两个月的探测事件数(只有在这三个月里,三台探测器是同时都正常工作的),却发现并没有明显的变化(分别是6次、5次和8次),如下图所示。从这个图还可以看出,引力波事件似乎也不是随机分布的,例如,在5月10-21日这11天里,发生了7次引力波事件(21日更是发生了两次),而在接下来的11天里,1次也没有发生。


S190425z是个大事件,引起了100多次后续观测,因为这是双中子星合并事件(概率是99%),很有可能引起其他可观测的天文学效应,就像GW170817那样。很多观测站都关注并测量了随后的事态发展,但是并没有发现什么。有个说法是,即使发生双中子星并合事件,也不一定能出现其他可观测的天文学事件。比如说,伽马暴的观测结果可能依赖于双中子星的转动轴与视线的夹角——但这样的话,GW170817就更加幸运了。

随后发生的引力波事件S190426c也引人注目,起初认为它有一半的可能是双中子星合并事件,后来有消息说它可能是黑洞中子星并合事件。目前有60多个随后的观察报告,但仍然没有任何结果。

在过去的两个月里,发现了13次引力波事件,300多次的跟随观察。但不幸的是,目前还没有任何观测结果表明与引力波有什么关系。典型的后续观测报告是,听到引力波事件发生的消息以后,我们马上(尽最大可能,尽最快速度)去那里看了,但是什么也没看到。具体的说法有很多种,有些是直接说没看到,有些是什么也不说,有些是给出了自己的观测范围,有些是给出了相关信号的上限(其实就是他们仪器的观测噪音本底),有些说我们正在分析数据,如果有什么东西,我们将来会宣布的。在最近几周里,很多观测报告直接在题目里说“没有看到”或“给出上限”——也许大家都有些疲劳了。

还有一件事情一直让我疑惑:LIGO在更早期的运行中,是可以注入假信号的,而且只有几个人知道是否注入了假信号,其他人即使花费半年时间也找不出岔子来。但是这个假信号到底是怎么注入的?别人为什么不能发现?似乎并没有详细的报道。这种注入方法是用硬件还是软件实现的?也不是很清楚。

 

所以我认为,在新的由引力波触发的多信使天文学事件出现之前,引力波探测还需要更加确切的证据,大家也可以保持适度的怀疑;但显然的是,只要出现了新的由引力波触发的多信使天文学事件,任何怀疑就都不值一提了——现在我觉得,在第三轮探测明年结束的时候,有很大的可能性仍然观测不到。

引力波天文学的时代也许明天就会到来,也许永远也不会到来。一切都要等待时间的检验。



谈谈引力波事件触发的多信使天文学

http://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-1176919.html    


我对引力波测量的看法

http://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-1175643.html   




http://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-1182696.html

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