今日視點(diǎn)

　　近日，歐洲科學(xué)家將擬議的愛(ài)因斯坦望遠鏡（ET）納入“歐洲研究基礎設施戰略論壇”（ESFRI）路線(xiàn)圖內。ESFRI在歐洲研究基礎設施的決策中起關(guān)鍵作用，ET的設計目前已經(jīng)得到歐盟委員會(huì )及歐洲各地約40個(gè)研究機構和大學(xué)的財團支持。

　　據物理學(xué)家組織網(wǎng)9月15日報道，計劃中的ET是地基引力波探測器，它將能夠發(fā)現更多黑洞和中子星并和事件，從而測試愛(ài)因斯坦的廣義相對論并使引力波天文學(xué)變得更加精準。

　　除ET外，美國的激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）正在升級；日本和印度的引力波探測器的建造工作也在如火如荼地進(jìn)行之中。

　　ET光學(xué)聯(lián)席主席、英國思克萊德大學(xué)生物醫學(xué)工程系主任斯圖爾特·里德教授說(shuō)：“未來(lái)的引力波天文臺，如ET等，有望幫助研究人員發(fā)現更多黑洞和中子星并和現象，使我們能更好地描繪宇宙如何膨脹，并觀(guān)察到全新的事件�！�

　　引力波領(lǐng)域仍有大量未解之謎

　　中國國家天文臺研究員張承民對科技日報記者介紹說(shuō)：“引力波是一種‘時(shí)空漣漪’，類(lèi)似石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞合并過(guò)程中將產(chǎn)生引力波�！�

　　“引力波像其他的波一樣，攜帶著(zhù)能量和信息。電磁波（宇宙微波背景輻射）只能讓我們看到大爆炸38萬(wàn)年之后的景象，而引力波能夠讓我們回望宇宙大爆炸最初的瞬間，檢驗宇宙大爆炸理論是否正確，是人類(lèi)認識宇宙的全新窗口”，張承民進(jìn)一步解釋道。

　　2015年9月，LIGO探測到了由雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號，這是人類(lèi)歷史上首次直接探測到引力波，這一發(fā)現印證了物理學(xué)大師愛(ài)因斯坦100年前的預言。

　　2020年9月2日，LIGO和歐洲“處女座（Virgo）”引力波探測器攜手宣布，探測到兩個(gè)質(zhì)量分別為85倍和65倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星級黑洞并和產(chǎn)生的引力波，這兩個(gè)黑洞并和形成了一個(gè)142倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，碰撞釋放出的8倍太陽(yáng)質(zhì)量的能量以引力波形式彌散于宇宙中，被上述兩大引力波“捕手”捕獲。

　　新發(fā)現的142倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞是迄今發(fā)現的第一個(gè)“中等質(zhì)量”黑洞，此前科學(xué)家從未發(fā)現質(zhì)量是太陽(yáng)100到1000倍的黑洞。

　　該研究報告共同作者、意大利帕多瓦大學(xué)天體物理學(xué)家、“處女座”團隊成員米夏埃拉說(shuō)：“這是處于該質(zhì)量范圍的黑洞的第一項證據，可能帶來(lái)黑洞天體物理學(xué)的范式轉變�！�

　　張承民表示：“此次探測也證明宇宙中仍然存在大量我們以前未知的”。

　　多款下一代探測器將上線(xiàn)

　　為進(jìn)一步揭示宇宙之謎，科學(xué)家們需要新一代引力波望遠鏡。

　　張承民說(shuō)：“ET將使科學(xué)家能探測到整個(gè)宇宙中兩個(gè)中等質(zhì)量黑洞的合并，并有助了解其演化歷程”。

　　據張承民介紹，ET地下探測器將由6個(gè)V形干涉儀組成，它們被排列成等邊三角形，每邊長(cháng)度為10公里，該望遠鏡將使用激光來(lái)測量大規模和劇烈的天體物理事件對時(shí)空的拉伸和擠壓。

　　物理學(xué)家組織網(wǎng)在報道中指出，ET有望于本世紀30年代中期上崗，科學(xué)家們目前正在對兩個(gè)建設站點(diǎn)進(jìn)行評估，預計將在未來(lái)五年內確定建設地點(diǎn)。

　　里德說(shuō)：“ET獨特的三角形形狀將通過(guò)天體物理學(xué)的信號提供更多信息；更好地定位引力波在天空中的來(lái)源，并通過(guò)在強引力場(chǎng)中測試愛(ài)因斯坦的引力理論來(lái)推動(dòng)科學(xué)家對物質(zhì)和引力行為的理解”。

　　此外，其他引力波探測器的升級和建造計劃也在進(jìn)行中。

　　據英國《自然》雜志2019年2月中旬報道，英美兩國2月14日宣布，從2023年開(kāi)始，LIGO將進(jìn)行2015年以來(lái)最重大的一次技術(shù)升級——所謂的“先進(jìn)LIGO+”（ALIGO+）項目。

　　格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家肯·斯特恩表示，如果一切按計劃進(jìn)行，LIGO將能夠發(fā)現距離地球325百萬(wàn)秒差距（約10億光年）范圍內發(fā)生的中子星合并事件，相比ALIGO +升級前的設計探測精度（173百萬(wàn)秒差距），這次升級幾乎將LIGO的探測精度提高了一倍。諾貝爾獎得主、LIGO前主任巴里·巴里什則表示，此次升級不僅會(huì )提高探測頻率，同時(shí)也將提高觀(guān)測質(zhì)量�！袄�如，降低噪音將使研究人員能了解黑洞在合并之前是如何自旋的，這將為研究黑洞的歷史提供線(xiàn)索”。

　　張承民補充說(shuō)：“下一代引力波探測器還包括歐洲的激光干涉儀空間天線(xiàn)（LISA）計劃。LISA由三個(gè)衛星激光干涉探測器組成，旨在探測超大質(zhì)量黑洞并合的低頻引力波信號。LISA已在2015年發(fā)射關(guān)鍵技術(shù)衛星，預計2034年發(fā)射3顆衛星組成邊長(cháng)為百萬(wàn)公里量級的等邊三角形星座”。

　　日本“神岡引力波探測器”（KAGRA）由諾貝爾獎得主梶田隆章坐鎮指揮，于2010年正式啟動(dòng)，建設成本約150億日元，由兩條3公里長(cháng)的激光干涉臂組成。我國的清華大學(xué)、北京師范大學(xué)等也是KAGRA的合作伙伴。無(wú)獨有偶，LIGO實(shí)驗室和印度引力波物理學(xué)界此前達成協(xié)議，計劃把LIGO的一部分實(shí)驗設備運往印度，在印度建造“LIGO-印度（LIGO-India）”引力波觀(guān)測站，其有望2025年后投入運行。

　　中國引力波探測如火如荼

　　我國的引力波探測活動(dòng)也進(jìn)行得如火如荼。

　　張承民說(shuō)：“我國正在進(jìn)行的引力波探測計劃有三個(gè)：兩個(gè)空間和一個(gè)地面項目，分別是中科院推動(dòng)的‘太極計劃’和中山大學(xué)主導的‘天琴計劃’，以及中科院高能所牽頭的‘阿里計劃’”。

　　張承民進(jìn)一步介紹道，“太極”和“天琴”類(lèi)似于LISA計劃�！疤珮O”和“天琴”的干涉臂分別是幾十萬(wàn)公里和17萬(wàn)公里，擬探測的引力波頻率介于LIGO和LISA之間�！疤珮O”和“天琴”可以探測雙白矮星并合以及幾萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的大黑洞并合，這擴展了LISA的低頻引力波探測頻段；而LIGO探測到的是高頻引力波，由恒星級質(zhì)量黑洞和中子星彼此并合而產(chǎn)生。

　　“太極一號”和“天琴一號”衛星分別于2019年8月31日和2019年12月20日成功發(fā)射，正在進(jìn)行前期技術(shù)驗證，試驗和發(fā)展空間引力波探測器的兩個(gè)精密技術(shù)，即空間慣性基準和激光干涉測距。

　　我國的地面引力波項目“阿里計劃”與美國物理學(xué)家合作進(jìn)行，2016年正式啟動(dòng)，在海拔5100米的西藏阿里地區建設，旨在進(jìn)行宇宙原初引力波探測，目前進(jìn)展順利，預計2022年后投入先期試驗觀(guān)測。

　　有望揭示更多宇宙奧秘

　　張承民說(shuō)：“在可預見(jiàn)的未來(lái)，這么多引力波探測器組團上線(xiàn)，將幫助科學(xué)家們進(jìn)一步揭示宇宙的奧秘”。

　　“ET的精度將高于LIGO；而LISA將開(kāi)啟認識宇宙超級大質(zhì)量黑洞新時(shí)代”，張承民強調說(shuō)。

　　對此，張承民進(jìn)一步解釋道，首先，我們可以期待獲得更多黑洞-黑洞并和、黑洞-中子星并和、中子星-中子星并和事件，極大豐富人類(lèi)關(guān)于宇宙的認知視野；其次，探測精度的提升可以針對黑洞自旋進(jìn)行測量，這擴展了我們對黑洞的更新理解；再次，從幾百到幾百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的中等黑洞和超級大黑洞也是預想目標，這些測量可能刷新人類(lèi)對全新的宇宙家園的認識；最后，新的大科學(xué)探測裝置投入也可能獲得完全預料之外的新發(fā)現。

　　張承民指出：“畢竟人類(lèi)關(guān)于宇宙的定量探索還處于摸索階段，面對浩瀚而漫長(cháng)的138億年宇宙，人類(lèi)不過(guò)幾百萬(wàn)年，而科學(xué)探索僅僅幾百年。我們常常無(wú)知地以為人類(lèi)是宇宙最偉大的生命，然而事實(shí)正如愛(ài)因斯坦所言：宇宙像一個(gè)無(wú)限延伸的球，我們走的越遠，遇到的問(wèn)題越多”。

　　蓬勃發(fā)展的引力波探測裝置，即將給人們呈現出美妙的宇宙交響樂(lè )章，讓我們管窺宇宙的浩渺和神秘。