檢視 GW十五孵空九百一十四的原始碼

'''GW 十五孵空九百一十四'''是由雷射干涉重力波天文台（LIGO）佇二空一五年九月十四探測著的重力波現象，是人類第一改直接探測著的重力波。相關探測結果由 LIGO、處女座干涉儀（Virgo）研究團隊佇二空一六年二月十一號共同宣布。這束產生佇雙烏洞的重力波訊號佮廣義相對論中對雙烏空旋近、併合佮併合了後的烏空會發生衰微（英語：ringdown）的理論預測符合。同時 GW 十五孵空九百十四嘛是人類對雙烏空併合的頭一改觀測，展示雙烏空系統確實存在，而且用這宇宙目前階段猶會發生。信號名稱'''GW 十五孵空九百一十四'''的意義為「重力波二空一五年九月十四」，GW 是重力波 " Gravitational Wave "，十五孵空九百十四是發現日期。

對重力波的實驗探尋已經超過五零年。其佮物質間的作用真少弱，致使愛因斯坦本人攏懷疑講其敢有法度予人探測著。這改探測著的重力波所造成的時空變化佮時空變化相對 LIGO 探測器的一个干涉臂來講，佮頭毛絲的闊度比起來地球佮日頭較濟最近恆星離開始。毋過佇咧併合最後階段，等價佇差不多三倍太陽質量的能量佇咧無一秒的時間內以重力波的形式釋出，一時仔功率非常的巨大，大於可觀測宇宙中間所有星體發光功率總和。

這改探測驗證了廣義相對論最後一項無被證實的理論預測，同齊開啟重力波天文學的新紀元。重力波就此作為一種粒子佮電磁波以外的新的探針，欲予人用佇探測過去無探測著的天體現象，如中子星的誕生、演化以及衰亡以及宇宙誕生之初的圖景。

==探測背景==

===理論基礎===

重力波上早是由阿爾伯特別 ・ 愛因為一九一六年因為廣義相對論預言存在的。佇咧廣義相對論中，引力予人解說做時空發生彎曲的結果，若宇宙內底發生的天文現象會引起對波源向外以光速傳播的時空「鋪排」，重力波。毋過因為萬有引力相對電磁作用等其他的基本交互作用來講不止仔弱，所以對技術上來講，重力波非常難以探測。理論上，做軌道運動的系統攏會向外以重力波形式釋出能量，但是佇真濟數情形之下，按呢釋出來的能量探測難度佮目前比起來探測水平。就算講猶原十分微弱，雙星系統或者是雙黑空的旋近以及最終的併合是一種會使試去探測的情形。佇咧遮的情形中，系統中的物體的速度會非常大，因為𪜶質量中將有相當的一部份將佇非常短的時間轉化做能量以重力波的形式釋出。其中可探測著的能量踮目前探測能力所會當佮的範圍內底。

同時，卡爾 ・ 史瓦西以及羅它 ・ 克爾等人提出的烏洞的相關理論，閣有自二十世紀七空年代發展起來的一系列有關烏空的數值計算方法佇這改的探測中嘛發揮重要的作用。

===LIGO 的發展===

一九七四年，拉塞爾 ・ 赫爾斯佮約瑟夫 ・ 泰勒發現赫爾斯－泰勒脈衝雙星互相公轉的時陣沓沓仔倚，對而間接證明重力波的存在。二人因此挽著一九九三年的諾貝爾物理學獎。這項發現佮隨之湧現的一系列天體物理學新的理解，予科學家熟似著對重力波的直接探測將是研究佮論性系統猶閣佇咧強引力場的情形內底驗證廣義相對論的一款方法。

探測著 GW 十五分零九百十四的雷射干涉重力波天文台（LIGO）是由加州理工學院的基普 ・ 索恩佮麻省理工學院的萊納 ・ 魏斯等人佇一九九二年發起的。節甲二空一六年二月，全世界的範圍內底已經有一千外位科學家參與了 LIGO 科學合作項目。佇咧 GW 十五孵空九百十四被探測著時，LIGO 運轉兩台重力波探測器：一隻佇路易斯安彼州利文斯頓（三十 ° 三十三 ′ 四十六曲四二 ″N 九十 ° 四十六 ′ 二十七孵二七 ″W）， 另外一隻是佇咧華盛頓州的漢福德區（四十六 ° 二十七 ′ 十八孵五二 ″N 一百十九个 ° 二十四 ′ 二十七孵五六 ″W）， 兩地相隔三千空二  km。兩隻探測器的運行原理佮麥可遴干涉儀相仿。𪜶佇二空空二年到二空一空年期間無探測著任何重力波訊號。隨後，該計劃欲進行久年的修整，兩隻探測器嘛著提升。兩隻探測器佇二空一五年二月進入工程模式，並且仝年九月進入第一觀測的階段。

佇咧 LIGO 的發展佮觀測過程當中，一直存在咧用這考察研究者辨識訊號能力的「盲注入訊號」。 為著保障這種測驗的有效性，干焦四个科學家知影這種訊號會佇當時注入。相關的資訊佇遮的訊號經過徹底分析了後才會告知予研究者。毋過，佇二空一五年九月進行的探測當中，並無進行這種測驗。

==GW 十五孵空九百十四的探測==

===探測過程===

以其被探測著的日期號名的重力波現象 GW 十五孵空九百十四由 LIGO 佇漢福德區佮利文斯頓的兩隻探測器佇二空一五年九月十四的九 : 五十 : 四十五（UTC）探測著。該訊號來自南半天球。重力波源的大概方向佮麥哲倫雲相仝，但是距離愛遠得濟。該訊號繼續超過空七二秒，頻率佇咧八个週期內由三十五 Hz 增加到兩百五十 Hz。這个訊號予人研究人員描述做鳥仔的「啾啾」。 佇咧數據取的三分鐘內，研究人員是採用低延搜查的方法對數據進行了快速初初愛分析。這結果代先由當時身處德國的義大利博士後馬可 ・ 德拉戈發現講。伊起頭並無認為講這个訊號是真實的，啊若伊的頂司布魯斯 ・ 埃倫開始的時陣認為這个訊號是一个注入訊號。德拉戈將這个情形攏知予𪜶 LIGO，而且得著確認該訊號並毋是注入訊號。

佇對訊號經過更加幼路的統計分析，並對自九月十二號到十月二十號中十六工的數據嘛進行分析了後，研究人員確認 GW 十五孵空九百十四為真實的重力波現象，顯出性超過五配一 σ，置信水平為百分之九十九石九九九四。依據理論預測，重力波的傳播速度為光速。佇利文斯頓的探測器比一个漢福德區看的探測器早七毫秒發現訊號，這和光佇咧兩地間傳播的時間相仝。佇咧予人探測著的時陣，應該束重力波應該已經佇咧宇宙空間內底傳播超過十億。

佇咧 GW 十五孵空九百十四被探測著時，佇咧義大利比薩附近的處女座干涉儀（Virgo）重力波探測器因為下線狀態，並且當咧進行升級。若是伊有線頂佇咧線頂，其靈敏度嘛足發現這个訊號。啊若佇德國漢諾瓦附近的 GEO 六百探測器的靈敏度可能並無夠。是因為上述原因，欲講兩个探測器無法度驗證 LIGO 的探測結果。

===波源的情況===

依據訊號的幅值，該現象發生佇佮地球的光度差不多四百十外 + 百六
− 一百八十百萬秒差距佮十三 ± 六億光年的位置，相應的紅移為空七零九 + 空三
− 空九空四，置信區間為百分之九十。依照對紅移數據的分析，該重力波是由兩个質量分別為三十六 + 五
− 四倍日頭質量佮二十九 ± 四倍日頭質量的烏空併合放出來的，併合了後的烏空質量是日頭的六十二 ± 四倍。其間減少的三更零 ± 零石五倍日頭質量的能量用重力波形式釋出，符合質能等價。重力波輻射的峰值功率為三石六 × 一千空四十九 W，是會當觀測宇宙所有可見光源功率總和的十倍濟，大約普朗克功率的百分之零交一。

佇可探測訊號繼續的零馮二秒內，烏空間相對切向速度由光速的百分之三十增至百分之六十。𪜶的軌道運動頻率做七十五 Hz，大約是重力波頻率的一半。由此會當會當出，佇兩个烏空敆做伙，𪜶的距離干焦三百五十 km。這一相對極細的軌道半徑意味著所觀測的系統干焦會當是烏空。已經知的系統內底，無其他的系統質量會當予其他的併合進前較細漢的半徑做軌道運動。烏櫳櫳-中子星的軌道運動頻率佇咧併合進前會閣較低。已經觀測著的中子星，質量上大的中子星的質量做日頭二倍。穩定中子星的質量上限為三倍太陽質量，因為中子星對的質量並無夠形成 GW 十五孵空九百十四中的併合情形，除非𪜶是夸克星按呢的怪異天體。

重力波佇高峰後衰減振盪，烏空嘛隨之入併合的最終階段。就算講後牛頓力學近若方法已經會當予出旋近運動的較為完善的描述，毋過強引力場併合的階段干焦會當通過大尺度相對論數值模擬得著普遍解。

併合了後得著的烏空是一个轉動的克爾烏空。其自轉參數替空七六七，即其角動量為對質量的上大取價值的三分之二。

===發生位置===

重力波探測器是規工監測器，並無法度解析出訊號的空間資訊。重力波產生的位置的重建需要一个探測器網路。因為干焦 LIGO 的兩个探測器探測著該訊號，因而 GW 十五分零九百十四的重力波源只會當予人確定佇一个環形區域內。這是由著六交九 + 空七五
− 空七四 ms 的時間沓沓仔進行分析得著的，同時閣愛考慮兩个探測器間的幅值猶閣有相位的一致性。通過這分析會當得著大細約是一百四十 deg 二（百分之五十機率）抑是五百九十 deg 二（百分之九十機率）的可信區域。

===仝時段相關探測===

研究人員對估計重力波產生的發生區域附近佮重力波同時產生的無線電波、紅外、可見光、X 射線、γ 射線等波段的電磁波和微中子進行了後續的探測。

====微中子====

對微中子的探尋是由著 ANTARES 探測器佮 IceCube 微中子觀測站合作進行的。ANTARES 探測器佇咧 GW 十五分零九百十四个前後五百秒內無探測著可能的目標微中子，IceCube 觀測站則探測著三个：一个是佇咧南爿天球揣著的，另外兩个是佇咧北半天球。這佮背景探測層次的預期相符。毋過這三个微中子並無一个產生佇併合現象發生的百分之九十置信區域內底。

====伽瑪射線暴====

費米伽瑪射線空間望遠鏡的伽瑪射線暴監視系統佇 GW 十五分零九百十四予人檢測著零抹四秒了後其預估發生區域附近檢測著一个強度差不多為五十  keV 的弱伽瑪射線暴。相關研究人員人員認為二者存在相關性，誤報率為空空二二。若是二者確實相關，遐爾 GW 十五孵空九百十四發生位置的百分之九十信度的區域大細則會當降至一百九十九  deg 二。依據國際伽瑪射線天體物理實驗室的規工反符合屏閘光譜儀的觀測結果，以伽瑪射線佮硬 X 射線形式釋出的能量無到以重力波形式釋出的百萬分之一。這一上限一定程度上排除了重力波佮伽瑪射線暴之間的相關性。

根據目前對烏空敆做伙的研究，咧產生 GW 十五孵空九百十四的雙烏空併合產生重力波時可能確實袂同時產生伽瑪射線暴，因為恆星質量雙烏空並無有吸積盤。哈佛大學教授亞伯拉罕 ・ 勒布則試圖通過另外一个方式解說這改現象，以解說伽瑪射線暴的產生。伊認為伽瑪射線暴的產生可能是因為這擺烏空併合發生佇體量閣較大的母星內底。一个高速自轉大質量恆星佇其崩勼的時陣所產生的離心力所產生的踅軸會令其變形做啞鐘型，進一步兩烏空。佇這粒恆星塌過程的尾仔會發伽瑪射線暴。啊若所以會存在零劃四秒的延延是因為伽瑪射線暴佇恆星體中的傳播速度會較重力波傳播速度會小可仔慢。

====其他波段電磁波====

雨燕衛星佇咧重力波予探測著兩工了後對臨近估計位置的星系進行矣觀測，並無探測著可見光、紫外線以及 X 射線波段的電磁波。

===結果發表===

二空一六年二月十一號，LIGO 的執行主任大衛 ・ 萊茲佮加布里埃拉 ・ 岡薩雷斯、萊納 ・ 魏斯以及基普 ・ 索恩等等 LIGO 委員會成員，和 NSF 的主管隱朗絲 ・ 柯濟瓦佇華盛頓特區舉行的新聞發佈會上宣佈了探測結果。仝日，巴里 ・ 巴里啥物佇瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心總部向物理學界宣講這一發現。

佇結果正式宣佈進前即有重力波予人探測著的風聲。遮的風聲來源自勞倫斯 ・ 克勞斯佇二空一五年九月二五發表的推文。有關探測結果的論文仝日發表就是佇彼禮拜的《物理評論緊報》，若有關探測結果的進一步分析的論文隨後誠緊發表佇咧《天文物理期刊》等期刊中，或者隨用預印本的形式發表。

===公認和獎賞===

二空一六年五月，全體研究團隊，特別是計畫創始者朗納 ・ 德瑞福、基普 ・ 索恩、萊納 ・ 魏斯，因為探測著重力波，共同榮獲基礎物理學特別突破獎和獎金三百萬美金。𪜶閣得著格魯柏宇宙獎。

==對基礎物理學的影響==

===強引力場中廣義相對論的驗證===

併合了後烏空的基本性質，質量佮自轉，佮併合進前的兩个烏空的狀況佮廣義相對論的理論預測相符合。這是頭擺佇咧強引力場中對廣義相對論進行實驗證，無出現違背廣義相對論理論預測的探測數據。

毋過這擺探測著的訊號並袂當用來研究閣較是複雜的廣義相對論交互作用，比如講對重力波間交互作用中產生的尾波佮彎曲的時空背景。這个訊號就算講較強，毋過猶是真適合雙脈衝星系統產生的訊號。探索重力波間毋著複雜的交互作用猶閣有改進對廣義相對論偏差的約束需要閣較靈敏的探測器佮強度閣較大的訊號。

===降低引力子質量上限===

依照根據廣義相對論的理論預測，重力波的傳播速度（_'''vg'''_）和光速（_'''c'''_）相仝。因為這關係，量仔引力理論中引力子的性質的一寡參數會當被確定。引力量是引力理論中一種的假想基本粒仔，是引力的載力。因為引力的作用範圍是無窮大，因為其質量做零。如果引力子質量非零，遐重力波的傳播速度就會比光速小，而且頻率（_'''ƒ'''_）較低的重力波的傳播會較頻率較懸的重力波慢，進一步出現重力波的色散現象。這改觀測著的重力波並無發生色散。根據旋近階段的觀測結果，引力子的質量上限被降低到二陽一六 × 十 − 五十八  kg，大約是一鋪二 × 十 − 二十二  eV / _ c _ 二。對應的康普頓波長（_'''λg'''_）大於一 × 一千空一十三  km，約是一光年。依據觀測著的頻率下限三十五  Hz，'''一-_ vg _ / _ c _'''著會當確定欲四 × 十 − 十九。這結果會使用來確定 _'''vg'''_ 的下限。

==對天文學的影響==

===有關恆星演化佮雙星系統的結果===

併合進前的兩个烏空的質量帶來有關恆星演化的新資訊。依據 X 射線聯星探測結果，兩个烏空的質量攏佇咧較早所發現的恆星烏空。這意味著來自𪜶前身星的星風相對較弱，因為金屬量，即氫、害去外元素質量占比，無日頭的一半。

敆合前烏空是雙星系統的狀況，閣有這个系統會當佇這个宇宙壽命內完成併合，著就決定雙烏空系統形成的狀況雙星演化抑是恆星動力學狀況構成約束。恆星烏空初初咧衝擊，烏空佇咧其實 II 型超新星產生時所獲取的速度，無總是真懸，若無形成烏空的超新星聯星會發生瓦解。球狀星團中的烏空的速度會超過星團的逃脫速度，然後因為動力學交互作用不再形成雙星。

併合現象的發現提懸這款現象的發生比例下限，此前有關係的理論模型予出的比例值較細一  Gpc ma三 yr 影一。因為這改的探測結果的分析會當得著類似 GW 十五孵空九百十四的現象的發生比例佇～一百四十 Gpc ma三 yr 一至十七 + 三十九
− 十三 Gpc ma三 yr 鋪一之間。

===重力波佇咧以後的宇宙學觀測內底的應用===

GW 十五分零九百十四的探測開啟了重力波天文學的新紀元。佇這改探測進前，天體物理學家佮宇宙學家的對天體的觀測基於會當見光、X 射線、微波佮無線電波按呢的電吸輻射以及宇宙射線、星風以及微中子按呢的粒子。遮的手段有明顯的局限性。真濟物質攏袂當放出輻射，毋過這輻射佇傳播的過程當中嘛會受著其他系統的阻礙：星系以及星雲可能吸收抑是改變𪜶內部抑是進入其內部的光。毋過對幼路密星佮部份的奇特星這款的天體，𪜶可能包括無參與的電磁交互作用的物質，除了通過引力作用以外可能並無法度探測著𪜶的手段。

對烏空併合產生的重力波的波形佮幅值的測量會當用來精確定這个現象發生位置佮地球間的距離。隨著烏空併合觀測數據的累積，物理學家會當更加準備欲描寫宇宙膨脹佮影響該過程的暗能量的性質。

早期宇宙存在一个內部能量足懸的時代。這个時期的宇宙中的物質大多以離子態的形式存在，其中的光子會受著自由電子的散射，因為這个時期的宇宙並無像目前按呢「透明」。

人類咧掌握直接探測重力波的能力了後就會當共伊做為天體探測的新手段。佮光來講，重力波佇咧時空中傳播所受著的阻礙較少，毋但無發光的物質煞猶有引力的作用。早期宇宙的無透明性並袂對彼當陣產生的重力波造成傷大的影響。若遮的重力波會當去予探測著的話，遐爾𪜶會提供一个觀測宇宙產生之初的圖景的一个視角。同時，彼袂產生光等電磁輻射抑是會造成光過度扭曲的天文現象，親像烏空併合等等，佇發生的時陣會產生重力波。對重力波的直接觀測會當實現對遮的目前猶閣無可觀測的天文現象的觀測。

===進一步的重力波探測===

GW 十五孵空九百十四具有較懸的顯示性：佇差率是上百分之八時，一个世紀當中顯著性大於 GW 十五孵空九百十四的探測結果共非常的罕見。就算講按呢，這改探測猶原予人推測是經過改進的 LIGO 探測器佇咧其運行頭一年中所會得著的探測結果中的頭一个。二空一六年六月十五，LIGO 團隊宣佈講，第二改直接探測著重力波。按算未來每年會有五个 GW 十五分零九百十四按呢的烏空敆做伙現象猶佮四十个雙星併合現象予人探測著。除了這以外，猶閣有尚毋知影具體數量的其他重力波源也將被探測著，其中的一寡可能是目前的理論猶無預測著的。佇將信噪比提懸兩倍，閣將體積擴大了後，類似 GW 十五孵空九百十四的現象被發現機率會使大幅增長。此外，經過提升的處女座干涉儀（Virgo）探測器，KAGRA，猶閣有佇咧印度的 LIGO 第三个探測器共改善探測器網絡建設的情形，閣改善位置資訊重建佮訊號源參數的估計狀況。消磨十外億美金的愛因斯坦望遠鏡也會佇二十一世紀二空年代後期正式投入運行。

已經預定發射的雷射干涉空間天線（eLISA）會當佇這个宇宙空間內底探測重力的波。像產生 GW 十五分零九百十四的雙烏空這款的大質量雙星系統佇咧其併合前一零空空年的演化的過程當中所放出的重力波佇咧 eLISA 感知範圍內底。若是𪜶佮地球的距離佇十百萬秒之間差距內，按呢𪜶共是一種前所未知的重力波源。eLISA 的先導衛星，雷射干涉空間天線開路者號，已經佇二空一五年十二月升空。

===原初烏空===

經過詳細分析數據，學者估算，這事件所牽涉著的兩个烏空，其質量攏出佇咧二十五个日頭質量，大於通常由恆星滅亡產生的一般烏洞，所以，學者推測 LIGO 真有可能探測著由暗物質形成的原初烏空。

==參見==

* 重力波
* 重力波天文學
* 廣義相對論
* 雙烏空
* 雷射干涉重力波天文台（LIGO）

==注釋==

==參考文獻==

==外部連結==

* YouTube 上的 GW 十五孵空九百十四探測結果宣佈講新聞發布會（英文）
* LIGO 官方新聞稿（英文）
* LIGO 探測專題（英文）
* 勞倫斯 ・ 克勞斯講這改探測的意義（英文）

[[分類: 待校正]]