光學望遠鏡是瞄準特定天體共有選擇地捕捉光波,而引力望遠鏡則不同,它將同時監(jiān)測宇宙中所有的引力波源,因此必需對收到的信號進行認真細致的分析,以區(qū)別它們不同的來源。
賈佐托說:“‘室女座’將會晝夜不停地收集信息,并能得到數量眾多,令人震驚的數據。這就需要有高性能的計算機去處理和分析這些數據。天文學家們已經研究了在我們銀河系中的大約700個潛在的引力波源,這些信息將幫助我們識別出一部分信號。”
事實上,“室女座”的所在地將設一個設備完善的計算中心,以便實時分析處理信息,而有關的差異現象的數據將在意大利國家核物理研究所和法國國家科研中心的實驗室里去分析處理。在未來,當全世界的引力波探測器都可以通過網絡相互交換數據時,對同一信號由不同手段所進行的對比研究將會使人們更容易地識別出那種使時空發(fā)生振顫的神秘的引力波。
.人們最早研制的引力波探測器是棒狀結構的。因為引力波通過時空間會發(fā)生變形便構成物質的原子像彈簧那樣振動,所以物理學家們利用這一現象研制成許多棒狀探測器。為了探測到引力波引起的振動就得將掩蓋了這種振動的原子熱擾動減到最低,棒被浸入液氦中保持在低于絕對溫度4度的條件下。為了隔絕地面的震動干擾裝置使用尖端懸掛技術與地面隔離。目前在世界上投入運轉的棒狀探測器有5個,意大利有2個。另外3個分別在瑞士的日內瓦、美國的巴吞魯日和澳大利亞的珀斯。
棒狀探測器是體積很小的儀器,長度只有3米。如果同引力波干涉天線相比的話,其建造和管理費用是很低的。但這種設備的靈敏度很低,因為它們對引力波頻率最靈敏區(qū)間為50-900赫茲,而“室女座”的探測范圍是10-6000赫茲。宇宙中的引力波源.所有加速運動的物體都能輻射出引力波但在多數情況下引力波強度非常弱任何工具都難以檢測到。唯一還算得上較強的引力波源是由宇宙中的災變事件產生的如超新星爆發(fā)或者兩顆中子星的相撞等。
中子星的質量與太陽差不多但直徑卻只有幾公里。在銀河系中存在有很多由一對中子星構成的系統(tǒng)這些中子星圍繞著共同的引力中心運轉并越來越靠近直到撞到一起。在這個過程中它們運轉的速度逐漸增大并輻射出比較強的引力波。當一個巨大的物體被黑洞吞噬時也會發(fā)生類似現象。
最后宇宙仍然充滿了由大爆炸產生的原始引力波。如果科學家能夠捕捉到它們并對其加以分析就有可能驗證超弦理論的有效性。這個理論認為我們已認識的所有粒子都是由微小的弦振動產生的。用激光和鏡子捕捉引力波.任何有質量的物體,不管它是恒星還是一個乒乓球,周圍都存在引力場。當物體靜止不動或者勻速運動時引力場是穩(wěn)定的。如果有作用力施加到物體上將會改變物體的運動狀態(tài)比如球與球拍相撞,這時物體周圍的引力場就會受到擾動,這種擾動就會以波的形態(tài)傳播開來就像往平靜的池塘水面投進一塊石頭一樣。
當引為波經過時,時空結構就會發(fā)生變形:收縮或擴張。任何兩個物體之間的距離在很短的時間內會變小或增大,但這種變化是很小的。一次超新星爆發(fā)產生的引力波在通過像太陽與地球那樣的距離的兩個物體時引起的兩個物體間的距離變化只相當于一個原子直徑的大小。要測量這樣微小的量就需要有特別精確靈敏的工具比如像室女座引力波干涉天線那樣的探測設備。室女座由兩條各長3公里的金屬導管構成的巨型結構,兩條導管垂直相匯于一端。在兩條導管相匯處的金屬塔中一束激光被一面半透鏡一分為二,每一束激光都分別進入一個導管射向另一端,在那里被一面反射鏡反射回來,然后又被這一端的反射鏡反射回去。最終兩束激光回到金屬塔中被合并到一起。兩束激光重疊后的強度取決于兩束激光中的每一束光從被分開到重新匯合期間通過的路徑長度。
如果一個引力波撞到了“室女座并引起兩翼中的一翼的長度發(fā)生變化那么重疊的光強度就發(fā)生變化,這個變化會被計算機記錄下來。在這個結構中反射鏡的位置是按以下的原則確定的:當兩束激光匯合時正好使它們的相位相反,從而相互抵消呈現黑暗。而一旦出現光信號就表明有引力波通過。
由于光束經過的路徑越長,引力波產生的效應越大所以激光束在‘室女座’內反射幾十次。這種使光線來回反射的裝置叫法布里──珀羅干涉腔。激光束在其中反射幾十次,直到實際路程達到120公里。
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