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借助人工智能聆听宇宙之声,引力波智能观测离

2019-05-28 20:01

2015年,备受世人瞩目的引力波探测首次取得成功。由此LIGO科学团队的三位代表人获得了2017年的诺贝尔物理学奖。随后,更多的双致密天体并合引力波事件被LIGO探测到,引力波天文学得到了前所未有的蓬勃发展。然而,大量引力波事件的数据处理任务对现有的匹配滤波(Matched Filtering)技术来说是个巨大的挑战。因此,一项擅长大数据处理的机器学习方法——深度学习,开始尝试在该领域中发挥作用。它将开启引力波智能观测的新时代。

此文为LIGO科学合作组织对此次引力波探测结果的官方解读。

引力波及其探测

发表于一百年前的广义相对论被物理学家马克思·波恩誉为“人类认知自然的最伟大业绩”。我们在此报告爱因斯坦理论预言的两个重要科学突破:首次直接探测到引力波和首次观测到双黑洞碰撞与并合。

引力的本质是时空弯曲。引力波是时空弯曲中的涟漪,通过波的形式传播。引力波携带能量,引力波源通过引力波向外辐射能量,因此引力波又称为引力辐射。现阶段能被实验仪器直接观测到的的引力波源主要是双致密天体的并合。截至目前为止,由LIGO直接探测到的源于双致密天体合并的引力波事件已有多例。

图片 1LIGO汉福德(H1,左)和利文斯顿(L1,右)探测器所观测到的GW150914引力波事件。该图展示了在两个LIGO探测器中观测到的由该事件产生的引力波“应变”(见下文)如何随时间(秒)和频率(赫兹)变化。两个图均显示了GW150914的频率在0.2秒内从35赫兹迅速增加到150赫兹。GW150914先到达L1,随后到达H1,前后相差千分之七秒,该时间差与光或者引力波在两个探测器之间传播的时间一致。图片来源:原论文图1

图片 2

这个被我们命名为GW150914的激变事件,发生于距离地球10亿光年之外的一个遥远星系中。它于2015年9月14日被激光干涉仪引力波天文台(以下简称LIGO)的两个很可能是人类有史以来制造的最灵敏的科学仪器的探测器观测到。LIGO估算出这个双黑洞并合最后时刻所辐射的引力波的峰值功率比整个可观测宇宙的光度(单位时间释放的电磁波能量)还高10倍以上。这个重大的发现意味着令人振奋的天文学新时代的到来,人类开启了一扇观测宇宙的全新窗口——引力波天文学。

被LIGO探测到的双致密天体并合引力波事件

引力波:预言中的时空涟漪

引力波是时空的“涟漪”,由宇宙中例如致密星体碰撞并合这样剧烈变化的物理过程产生。爱因斯坦于1916年预言了它的存在。他证明做加速运动的大质量天体可以剧烈地撼动时空,并且空间扭曲的波动将从波源辐射出去。这些以光速传播的涟漪携带了天体源激烈动荡的信息以及关于引力本质的线索。在过去的几十年中,天文学家通过观测银河系中密近双星,已经间接地证明了引力波的存在。双星轨道由于引力辐射带走能量而收缩;观测结果完全符合爱因斯坦的理论预言。但是科学家们一直在热切地期望就和这次重大突破一样在地球上对引力波的直接探测的机会,因为这为我们

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