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大型低温引力波望远镜KAGRA开始观测

2020年03月03日 海洋宇宙

概要

KAGRA是在以东京大学宇宙线研究所、高能加速器研究机构和自然科学研究机构国立天文台为联合主导机构的协作下,与日本国内外的研究机构和大学的研究人员共同在岐阜县飞騨市建设的大型低温引力波望远镜。2019年秋季竣工后,又实施了提高灵敏度的调试和试运行,2020年2月25日正式开始进行引力波的连续观测。

大型低温引力波望远镜KAGRA开始观测

KAGRA的研究代表、宇宙线研究所所长梶田隆章教授介绍说:“2010年启动KAGRA项目后,研究团队齐心协力推进了准备工作,现在终于可以开始观测引力波了。这主要归功于为该项目提供支持的各位,再次感谢大家一直以来的支持。虽然灵敏度还不高,但我们会继续为提高灵敏度而努力。”

【引力波】

引力波是指有质量的物体运动时产生的“时空扭曲”波纹,并以与光相同的速度在宇宙空间传播的现象。爱因斯坦在1915年至1916年发表的广义相对论中预言了引力波的存在。不过,由于这种时空扭曲非常小,很难观测到。直到距离爱因斯坦做出预测已经过去约100年的2015年,美国的引力波望远镜LIGO才首次成功观测到引力波的存在。

地球上的引力波望远镜能观测到一些激烈的天体现象产生的引力波,比如恒星在演化接近末期时发生的超新星爆炸,以及中子星和黑洞联星的合体(碰撞)等。2015年LIGO首次观测到的引力波是2个黑洞合体时产生的。另外,2017年在LIGO与欧洲的引力波望远镜Virgo通过共同观测检测到2个中子星合体产生的引力波时,全球各地的望远镜还成功观测到了引力波之后到达的γ射线和可见光等电磁波,被称为“多信使天文学”的新天文学由此拉开帷幕。

【大型低温引力波望远镜KAGRA】

此前全球共有3台能观测太空引力波的引力波望远镜,分别是美国的2台LIGO和欧洲的1台Virgo。此次的大型低温引力波望远镜KAGRA是全球第4台、亚洲第1台。KAGRA与LIGO和Virgo一样,拥有2条单边长度为3km的L字型长臂,通过使2个激光器的光在2条长臂上多次往返,最终利用光的干扰来检测引力波引起的空间的轻微伸缩。此时,如何抑制长臂两端设置的激光反射镜因引力波以外的原因发生振动是提高检测器灵敏度的关键。KAGRA望远镜设置在岐阜县飞騨市一座地表下岩石层非常稳固的山的地下,减轻了地面振动的影响,另外还将反射镜头冷却到零下253℃,减轻了热振动的影响。“位于地下”和“冷却反射镜”是其他引力波望远镜所不具备的一大特点。

【KAGRA的开发过程】

大型低温引力波望远镜KAGRA项目于2010年启动,2012年5月至2014年3月期间挖掘了总长度达7.7km的隧道等地下坑道,同时开发并制造了长6km、直径80cm的真空管道和真空容器。2014年5月至2015年9月期间完善了地下实验室的实验环境,搬入并设置了真空管道、真空罐和冷冻容器等。另外,2015年开始推进激光光学系统的安装以及防止各种反射镜受地面振动影响的防振装置的安装和调试作业,同时开发并制造了冷却使用的蓝宝石反射镜。2017年至2018年实施了蓝宝石反射镜的搬入和安装。到2019年4月,几乎所有的设备都完成了搬入和设置。之后,实施了旨在将其作为精密激光干涉仪使用的调试和旨在提高检测灵敏度的测试及调试。2020年2月经过最终的试运行后开始执行引力波观测任务。

日文发布全文

文:JST客观日本编辑部编译

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