这些引力波探测器包括:位于美国路易斯安那州利文斯顿臂长为4千米的LIGO(L1);位于美国华盛顿州汉福德臂长为的4千米的LIGO(H1);位于意大利比萨附近,臂长为3千米的VIRGO;德国汉诺威臂长为600米的GEO,日本东京国家天文台臂长为300米的TAMA300。这些探测器在2002年至2011年期间共同进行观测,但并未探测到引力波。在经历重大改造升级之后,两个高新LIGO探测器于2015年开始作为灵敏度大幅提升的高新探测器网络中的先行者进行观测,而高新VIRGO也将于2016年年底开始运行。此外,欧洲的空间引力波项目eLISA和日本的地下干涉仪KAGRA 的研发与建设也在紧锣密鼓地进行。
想要成功探测诸如GW150914的引力波事件,不仅需要这些探测器具有惊人的探测灵敏度,还需要将真正来自于引力波源的信号与仪器噪声分离:例如由环境因素或者仪器本身导致的微扰,都会扰乱或者轻易淹没我们所要寻找的信号。这也是为什么需要建造多个探测器的主要原因。它们帮助我们区分引力波和仪器环境噪声,只有真正的引力波信号会出现在两个或者两个以上的探测器中。当然考虑到引力波在两个探测器之间传播的时间,前后出现会相隔几个毫秒。
上图(来自LIGO Laboratory/Corey Gray)是位于美国路易斯安那州利文斯顿附近,臂长4千米的激光干涉仪引力波探测器(L1)。下图为高新LIGO的灵敏度曲线: 图中X轴是频率,Y轴是频率对应的噪声曲线,仪器噪声越低,探测器对引力波的灵敏度越高。可见高新LIGO的最佳灵敏度在100-300Hz之间。
经过4年不断升级和测试的高新LIGO终于在2015年9月初试锋芒。事实上,很多人都对2015年的第一次观测运行(O1)能否探测到信号抱有怀疑态度,因为它的灵敏度还远远没到最佳状态。然而,宇宙往往在不经意间给人以惊喜。甚至在O1没有正式启动时,GW150914就已经不期而遇了*。万幸的是,O1采用的是软启动,所以在信号到达地球时,探测器已经处于工作状态了,采集到的数据也是可靠的。
3、GW150914事件到底是什么?
在2015年9月14日北京时间17点50分45秒,LIGO位于美国利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了GW150914信号。这个信号首先由低延迟搜索方法来识别(这种搜索方法并不关心精确的引力波波形,它通过寻找可能为引力波的某些特征迹象来较快速地寻找引力波),在仅仅三分钟之后,低延迟搜索方法就将此作为引力波的候选事件汇报了出来。之后LIGO干涉仪获得的引力波应变数据又被LSC的数据分析专家们拿来和一个海量的由理论计算产生的波形库中的波形相对照,这个过程是为了找到和原数据最匹配的波形,也就是通常所说的匹配滤波器法。图7展示了进一步数据分析后的主要结果,证实了GW150914是两个黑洞并合的事件。