大学新闻

格拉斯哥大学物理学院的研究人员说 & 天文学正在为国际LIGO-处女座-KAGRA (LVK)引力波探测器网络的下一次观测做准备. 

LVK合作项目由全球各地的科学家组成，他们使用美国的ligo观测站网络, 处女座在欧洲, 以及日本的KAGRA来寻找引力波, 或者时空中的涟漪, 由黑洞碰撞和其他极端宇宙事件产生. 

经过三年的工作改进了引力波探测器网络的性能, 第4轮(O4)观测计划于今天(5月24日)开始, 2023).  

这些改进有望提高引力波信号的探测率——引力波信号是由黑洞合并等大规模天文事件引起的时空微弱涟漪. 

希拉·罗文教授, 格拉斯哥大学引力研究所所长，物理学院自然哲学系主任 & 天文学家，领导大学的引力波研究.  
她说:“自2015年首次探测到引力波以来，我们已经走过了很长的路. LIGO-处女座-KAGRA网络在前三次观测中建立了近100次探测的目录, 扩展了我们对宇宙的理解. 

格拉斯哥的研究人员一直在开发数据分析，为每一步的检测提供支持. O4将为我们带来大量的新发现, 我们希望在开始运行的头一两天内开始接收信号.” 

更多的探测将帮助引力波天文学家建立他们对宇宙运行的理解. 但是，它们也会给网络带来新的挑战. 每次检测都需要大量的计算能力来分析, 格拉斯哥的研究人员一直在努力简化计算. 

博士后研究员丹尼尔·威廉姆斯开发了阿西莫夫框架, 这将允许团队在最少的人为干预下设置和运行分析, 提高了分析过程的可靠性，降低了重现性.  

他说:“从每周参加一两次活动到每天参加一次或多次活动将是一个巨大的挑战. 分析每个事件需要大量的计算能力, 为了解决这个问题，我们在全球范围内进行计算, 自动化和简化分析。”.  

“阿西莫夫将使我们能够花更多的时间来解释结果，并思考我们分析的科学回报.” 

博士生迈克尔·威廉姆斯(Michael Williams)开发了第二种算法，名为nesai(发音为“尼斯”)。. 奈赛利用机器学习的新发展来加速计算引力波源特性的过程.

nesai目前正在进行最后的测试，准备用于分析速度大大提高的新信号, 减少获得结果所需的时间. 这种提高的效率将有助于减少网络计算机功率的总体碳足迹. 

John Veitch博士是物理学院的高级讲师 & 天文学, 他说:“LIGO-处女座-KAGRA引力波观测站网络的灵敏度提高了，这有望成为迄今为止引力波天文学最有成果的观测运行:我们预计将看到数百次黑洞和中子星的新碰撞。. 有了更好的灵敏度，我们也能更清楚地了解这些极端物体的本质, 并且能够以前所未有的精度测试爱因斯坦的引力理论.” 

目前发现的引力波源是由黑洞和中子星组成的双星. 这些极端天体是大质量恒星的残骸, 通过研究它们, 我们可以更多地了解这些恒星以及它们如何塑造我们的宇宙.  

克里斯托弗·贝里博士，物理学院讲师 & 他说:“在我们最近的观测中，我们看到了一些真正特殊的来源. Black holes more massive than previously known; objects where we are not sure if they are black holes or neutron stars because their mass is exactly in the range where we don’t know what they are, 而双星的两个分量质量不等, 是什么挑战了我们对双星是如何形成的理解.  

“O4将揭示这些东西有多普遍——它们是稀有的野兽吗?, 或者我们需要重写我们对天体物理学的理解，以解释它们的普遍存在?”

了解如何测量引力波源的特性, 比如黑洞的质量, 与母星的特性相关需要恒星演化的详细模型.  

贝里博士补充说:“我们一直在努力改进这些模型, 为了更准确地预测黑洞和中子星的形成过程. 引力波是研究黑洞和中子星双星的完美方法. 然而, 我们从其他天文观测中获得了许多关于恒星演化的信息. 把这些碎片拼凑在一起来解决恒星演化之谜需要精确的理论预测.” 

最近的研究表明，该网络的引力波探测器观测到的双星可能来自不同形成通道的混合, 所以有很多不同的物理需要理解.  

结合来自所有引力波观测的信息，引力波天文学家可以重建天体物理源群. 最后一次观测的结果表明，一些质量的黑洞比其他质量的黑洞更容易形成. 这些可能是它们如何形成的关键线索. 新的观测运行的首要任务之一将是确认这些特征是否得到更大的观测集的支持, 还有哪些新的细节可以被发现.   

另一个重要的天体物理量是哈勃常数，格拉斯哥团队很高兴能从观测数据中计算出来, 这是描述宇宙膨胀速度的宇宙学参数.

蕾切尔·格雷博士, 他是引力研究所的讲师, 是LIGO-处女座-KAGRA合作组织宇宙学工作组的联合主席. 格雷博士解释说:“我们对O4的一个关键科学成果感到兴奋，那就是测量哈勃常数, 宇宙膨胀的速度. 引力波提供了一种新的方法，它独立于以前所做的所有其他测量. 考虑到这些测量结果不一致, 我们希望有一天我们能够提供更多的信息——一旦我们探测到足够的引力波.  

“如果幸运的话，我们将在O4期间看到具有电磁对应物的引力波, 这将为我们提供大量的信息! 但即使我们没有, 我们可以用双黑洞和星系目录来测量哈勃常数. 自上次观测运行以来，我们对分析做了很多改进. 现在我们可以很容易地在我们的分析中包含更多的引力波. 我们也付出了很多努力，以确保我们的结果对目前的不确定性来源——比如不知道黑洞质量的确切分布——是可靠的，而且我们处于一个很好的位置，可以开始分析即将到来的数据.” 

“多亏了过去几年世界各地一千多人的努力, 我们将对引力波宇宙有最深入的了解,杰西·麦克艾弗说, LIGO科学合作组织(LSC)副发言人. “更大的范围意味着我们将更多地了解黑洞和中子星，并增加我们发现新事物的机会. 我们非常兴奋地想看看外面有什么.” 

第一个引力波信号是在2015年探测到的. 两年后, LIGO和处女座探测到了两颗中子星的合并, 导致了一场叫做千新星的爆炸, 随后，世界各地的许多望远镜都观测到了它. 到目前为止, 这个全球网络已经探测到80多个黑洞合并, 两个可能的中子星合并，以及一些最可能是黑洞与中子星合并的事件. 在O4, 研究人员希望能观察到更多的高能宇宙事件，并对宇宙的本质有新的认识. 

O4将持续20个月，其中包括长达两个月的调试休息. 延长的运行时间将增加O4的科学输出，并允许额外的时间为运行后的升级做准备. 格拉斯哥大学的研究人员已经在研究如何进一步提高探测器的灵敏度，以用于未来的观测运行.  

和之前的观测运行一样, 关于引力波探测候选者的警报将在2004年公开发布. 有关如何接收和解释公共警报的信息 可以在网上找到. 

格拉斯哥大学对LIGO-处女座-KAGRA合作项目的贡献由科学技术设施委员会(STFC)资助。, UKRI的一部分. 

LIGO 由美国国家科学基金会资助，由加州理工学院和麻省理工学院运营，这两个学院构思并建造了这个项目. 先进LIGO项目的资金支持由美国国家科学基金会和德国(马克斯普朗克学会)牵头。, 美国.K. (科学和技术设施理事会)和澳大利亚(澳大利亚研究理事会)对该项目作出重大承诺和贡献. 多于1,来自世界各地的500名科学家通过LIGO科学合作组织参与了这项工作, 其中包括GEO合作. 

处女座的合作 目前由来自15个不同(主要是欧洲)国家的143个机构的约850名成员组成. 欧洲引力天文台(EGO)在意大利比萨附近安装了处女座探测器, 该项目由法国国家科学研究中心(CNRS)资助, 意大利国家核能研究所(INFN), 以及荷兰国家亚原子物理研究所(Nikhef). 

KAGRA 是日本岐阜神冈3公里臂长激光干涉仪吗. 主办机构是宇宙射线研究所, 东京大学, 该项目由日本国家天文台(NAOJ)和高能加速器研究组织(KEK)共同主持。. KAGRA合作由来自17个国家/地区的115个研究所的480多名成员组成.

---

首次发布:2023年5月24日