天文|LIGO负责人解释发现引力波的感觉( 三 )
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中子星表面发生的星震 ， 是脉冲星“电磁脉冲”的原因之一 。 图片来源：NASA 。
ES：那么 ， 如果我们的星系中出现了脉冲星发出电磁脉冲 ， LIGO会探测到吗?
DR：我们当然可以探测到！它必须很接近 ， 而且它必须是一个相当大的脉冲 ， 但是我们实际上就在探索这些 。 脉冲是一种突发性事件 ， 所有的能量在一瞬间同时释放 ， 而不是像上面说的例子那样 ， 一个小信号被长时间的集成整合 。 脉冲星可能会在几十亿年的时间里旋转下降 ， 变换速度会很慢 ， 所以这些搜索是很困难的 。 关于一颗脉冲星 ， 好消息是我们有来自脉冲星的定时无线电信号：我们知道脉冲星自旋频率 ， 引力波频率以及它们在天空中的位置 。 我们有一个更窄的参数空间 ， 所以我们知道我们在找什么 。 我认为先进的激光干涉引力波是很有希望的 ， 但你永远不知道 ， 这就是我们不断探索的原因 。
ES：我们的朋友兼同事史蒂夫·德特维勒（Steve Detweiler） ， 上个月突发心脏病去世了 。 你有什么想要分享的关于他的重要作用 ， 或者他对数值相对论的影响 ， 特别是对LIGO ?
DR：这很让人难过 ， 非常突然 。 史蒂夫为另一种类型的脉冲星定时引力波探测写了一篇开创性的论文 。 他总是有些怀疑LIGO ， 我在走廊看到他 ， 他会问：“哦 ， LIGO怎么样了?”我会回答：“哦 ， 它一切正常！”他会说：“你什么时候才能探测到引力波?”我说：“哦 ， 大概5年吧 ， ”然后他会说：“是的 ， 每个人都这么说了20-30年了!” 我最后一次见到他是五年前 ， 我说:“这次是五年 ， 不会再长了 。 ”
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图片来源:大卫·钱皮恩 ， 他举例说明当时空被引力波扰动时 ， 一个定时阵列中多少颗脉冲星的引力波信号可以被监测到 。
但他的理论是 ， 你可以用射电天文学探测到脉冲星定时产生的引力波 。 你需要的不是几天或几周 ， 而是几年 ， 甚至是5-10年 。 如果你有足够多的脉冲星分布在天空的各个点上 ， 你应该能够看到这些脉冲星在定时脉冲上的不同 。 从它们定时脉冲上的差异 ， 你可以推断出在极低频引力波下的引力波背景的存在：在纳赫兹范围内 。 这是一个正在进行的实验 。 有很多这样的实验一起进行着 ， 美国的NANOGrav合作 ， 欧洲的一个叫做欧洲脉冲星计时阵列 ， 和澳大利亚的一个叫做帕克斯脉冲星计时阵列 ， 它们都共享数据并一起工作 。 它们可能即将发现这些低频波 ， 而它们使用的方法是由Steve Detweiler首先提出的 ， 所以在某种程度上 ， 我认为Steve是真正的先驱者 。 史蒂夫对这个领域做出了重大贡献 。
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LIGO的灵敏度作为时间的函数 ， 与设计的灵敏度和先进LIGO的设计相比较 。 这些“尖峰”来自各种各样的噪音 。 图片来源：Amber Stuver ， Living LIGO
ES：除了进入太空 ， 通过实验提高我们对引力波敏感度的前景怎样?
DR：我们在设计新的地面引力波探测器时 ， 考虑的很多都是关于如何抑制低频噪音：来自地球的噪音 。 很难想象如何建造一个精度在1Hz以下的地球探测器 。 地球的运动影响了你 ， 但也有重力梯度噪声 ， 这种噪声也被称为牛顿噪声 。 任何时候只要有一个物体在移动 ， 它就改变了局部引力场 。 比如大气在运动 ， 地球在运动因为有表面波通过 ， 人们在开车 ， 诸如此类的事情 。 重力的问题是没有办法避开它；重力贯穿一切 。 为了尽量打败这种牛顿噪声 ， 你必须用地震检波器之类的东西来测量移动的物体 ， 并把它考虑进去 。 我认为我们可以考虑需要什么样的监控网络来消除这些噪音 ， 并且……这会是一个挑战 。 如果你想要低于1hz ， 你真的需要考虑进入太空 。
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艺术家对eLISA的印象 。 图片来源：AEI / MM / exozet 。
ES：鉴于目前LIGO的成功 ， 你对未来引力波天文学最大的希望是什么？
DR：哦！我认为这都是关于宇宙学的 。 我想你会想要一个更大更好的LISA 。 我认为 ， 如果NASA和ESA可以通过一些途径联合起来 ， 并获得NASA的一些非常重要的贡献 ， 你就可以想象用引力波的遥远阶梯来研究宇宙学的任务 。 引力波有一个特性 ， 它们与探测器的基线成比例——如果你把探测器放大10倍 ， 它的灵敏度就会提高10倍——如果你用40公里地面探测器武器而不是LIGO 四公里的探测范围 ， 你就可以开始做实验 ， 你就你可以开始看到了足够远的宇宙 ， 之后你也许可以开始测量宇宙学参数 ， 比如w ， 暗能量的状态方程 。 我认为最终 ， 你会想看到宇宙引力波的背景 。 我想有很多实验都在考虑如何在不同的频段观察 ， 并瞥见原始引力波的背景 。 我认为那将是革命性的 ， 因为那将是你第一次瞥见我们宇宙最初的瞬间 。
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