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黑洞相撞與重力波

1916年,愛因斯坦從廣義相對論公式推論出重力波的存在──一種時空中的漣漪;任何物體在時空中運動時,都會擠壓時空,使得時空像是被壓扁的彈簧一般來回震盪。

  那我們要怎麼探測重力波呢?科學家是利用「麥克遜干涉儀」的原理,看看下面那張圖就可以瞭解囉!



重力波示意圖 [1]



  那我們要怎麼探測重力波呢?科學家是利用「麥克遜干涉儀」的原理,看看下面那張圖就可以瞭解囉!首先,雷射光打出(step-1)並經過分光鏡,將雷射光分成兩束(step-2),分別沿著兩臂朝兩個方向前進(step-3),在兩臂的末端各有一面反射鏡,雷射光被反射,沿著兩臂回到分光鏡(step-4),兩道光束匯合、干涉疊加之後,偵測器會接收到兩束光波疊加的訊號(step-5)。

  如果重力波經過時,兩臂的會因為時空伸縮的關係,造成一臂較長、一臂較短,使得兩道光經過的路徑長不同,兩束光匯合、干涉疊加之後的波形也就不同。

  根據這個原理,科學家打造了LIGO、Virgo……等儀器來實際觀測重力波。



重力波探測原理示意圖 [2]



 



  因為重力波造成的時空震盪通常很小,以2015年第一次探測到重力波的事件為例,13億光年外的兩個黑洞(質量分別為太陽的29和36倍)相撞並結合,LIGO在美國接收到的訊號,兩訊號的波形只相差0.007秒。

  我們現在觀測得到的重力波,都是質量大、高密度的兩物體(如黑洞、中子星)相互繞行,越繞越近、相互碰撞,所造成的重力波。

這幾年,在LIGO和Virgo合作觀測下,科學家藉由已經觀測到的10次雙黑洞合併事件(還有1次中子星撞擊事件),試圖尋找黑洞撞擊合併的結論,推測雙黑洞合併的現象是週期性的。

  如今,LIGO和Virgo的觀測技術逐漸成熟,科學家將利用它們的觀測結果,找到黑洞的質量以及雙黑洞合併週期,進而讓我們更進一步瞭解大質量恆星的生成、以及宇宙的演變。



LIGO-Virgo觀測到的11次重力波事件:10次黑洞合併事件(藍色)、1次中子星撞擊事件(橘色)。 [3]



原始資料:

翻譯自https://www.space.com/42618-gravitational-waves-biggest-farthest-black-hole-crash.html

參考資料:http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=columns&id=2867



圖片:

[0] https://labcit.ligo.caltech.edu/groups/astrophysics-group/

[1] https://www.indiatoday.in/education-today/gk-current-affairs/story/new-ligo-gravitational-wave-detector-in-india-by-2025-1112446-2017-12-22

[2] https://aemstatic-ww2.azureedge.net/content/dam/lfw/print-articles/2016/04/1604LFW_nb_1b.jpg

[3] https://www.space.com/42618-gravitational-waves-biggest-farthest-black-hole-crash.html



 



 

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