引力波的三向探测
•物理10, 110
LIGO和处女座探测器首次同时探测引力辐射，极大地改善了源的定位，并允许进行新的广义相对论测试。
三个探测器比两个探测器好。LIGO的两个干涉仪先前的引力波探测（和一个“候选”探测）与天空的大区域（彩色大椭圆）有关。但最近的事件也被处女座发现了，这使得合作能够将源定位得至少准确10倍（左下方的亮绿色小区域）。精确定位源将使望远镜能够寻找可能也由引力波源发射的电磁信号。激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和处女座（Virgo）合作报告了第四次探测引力波，但这次三个探测器探测到了信号——LIGO的两个美国天文台和意大利比萨附近新升级的处女座探测器。所有三个探测器的观测都带来了两个重大进展：更准确地确定源在天空中的位置，以及将观测到的波极化（空间畸变模式）与广义相对论和其他引力理论的预测进行比较的能力。（扰流板警告：广义相对论通过了测试。）
LIGO的两个L形激光干涉仪位于路易斯安那州和华盛顿州，有4公里长的臂，可以测量引力辐射波纹引起的时空微小扭曲，他们于2015年首次检测到这一点。处女座天文台有3公里长的观测臂，经过重大升级后，于8月重新开始运行。
8月14日，在LIGO-Livingston看到一个信号；8毫秒后，LIGO-Hanford报告了检测结果；6毫秒后，处女座检测到一个信号。LIGO和Virgo合作的一项统计分析表明，这种多站点检测在随机信号中最多会发生一次，每27000年发生一次。研究人员表示，第三个探测器的加入大大降低了“假阳性”的可能性，这提高了整个系统的灵敏度。
与模拟结果的比较表明，这些波来自大约30和25个太阳质量的黑洞的合并，信号强度使合并距离介于14亿到22亿光年之间。通过对三个探测器的信号定时进行三角测量，该团队估计源位置位于大约60平方度的天空区域内。这仍然是一个相当于地球上得克萨斯州面积的大面积区域，但这比仅由LIGO探测到的事件在定位方面提高了十倍要好。
该团队提醒天文界注意这一探测，但在电磁光谱的任何部分或中微子中都没有发现相应的信号。马里兰大学学院公园分校的天体物理学家科尔曼·米勒（Coleman Miller）表示，缺少光学对应物并不令人惊讶。他解释说，近地轨道上的两个这样的黑洞可能会将其附近的气体和尘埃扫去，合并后释放出的引力辐射并没有搅动剩下的足够发射电磁能的少量物质。
对信号的分析表明黑洞的旋转速度不是很快。普林斯顿大学的引力理论学家弗兰斯·普雷托利斯说，值得注意的是，到目前为止检测到的三个合并涉及到具有几十个太阳质量和小自旋的黑洞，而一个事件涉及到大约14个和7个太阳质量的黑洞，其自旋稍高。但他对仅在四次检测中确定模式持谨慎态度。米勒同样对得出结论持谨慎态度，但他表示，这与大黑洞形成的模型一致，在大黑洞中，角动量被原始恒星喷出的物质带走。
处女座和LIGO的结合也使得对波的极化进行了一项新颖但初步的测试，这种几何特性与波干扰时空的方式有关。在广义相对论中，引力波具有所谓的四极或张量形式。例如，这种极化意味着从左向右传播的波会将垂直于传播方向的垂直平面上的一个粒子圆扭曲成垂直椭圆，然后是水平椭圆，然后在每个波周期中再次回到垂直方向。然而，原则上，基于时空曲率的引力理论可以有其他形式的波：标量波，其中粒子环将作为一个整体膨胀和收缩；以及矢量，其中粒子将沿着波传播的方向来回移动。
LIGO的两个L形干涉仪“背对背”对齐，相互指向对方。这种安排提高了对来自某些方向的波的灵敏度，但阻止了对偏振的直接测试。处女座干涉仪的不同方向使该团队能够研究偏振，并表明数据强烈支持纯张量波形，而不是纯矢量或纯标量形式。这是第一次直接测试引力波偏振，亚特兰大佐治亚理工学院的LIGO团队成员迪尔德雷·舒梅克说。她补充道，未来的测试将试图限制重力辐射中标量波和矢量波的比例，但要对偏振进行全面分析，需要将探测器设置在五个不同的方向。
LIGO和处女座的首次合作观测于8月25日结束。在9月27日宣布新发现的新闻发布会上，LIGO发言人、麻省理工学院的David Shoemaker表示，LIGO-探测器的性能目前约为设计规范的一半，进一步微调应能提高灵敏度。他补充说，由于两个LIGO探测器都处于最佳状态，研究人员可能每周都会看到一次黑洞合并，这使得引力波观测成为一种可靠的天文工具。
这项研究发表于 物理审查信函.
–大卫·林德利
David Lindley是弗吉尼亚州亚历山大市的自由科学作家。
相关文章
宇宙学观测引力波记忆可能有助于物理学家测试广义相对论对时空结构中大规模对称性的预测。阅读更多»
天体物理学大爆炸后不久形成的一些超轻黑洞可能是带有净“色电荷”的奇异物体，留下了潜在的可观测特征。阅读更多»
天体物理学根据新的计算，可能在早期宇宙中形成的被称为宇宙弦的时空褶皱可能是超高频引力波的主要来源。阅读更多»
更多文章
