歐洲愛(ài)因斯坦望遠鏡藝術(shù)圖 ?圖片來(lái)源：ET概念設計團隊

5年前，當物理學(xué)家首次探測到引力波時(shí)，他們?yōu)橛钪娲蜷_(kāi)了一扇新的窗戶(hù)。引力波是大質(zhì)量黑洞或中子星碰撞時(shí)產(chǎn)生的漣漪?，F在，研究人員已經(jīng)在計劃更大、更靈敏的探測器。而且，美歐之間的競爭已經(jīng)初露端倪，美國科學(xué)家提出建造更大的探測器，而歐洲研究人員則在追求更激進(jìn)的設計。

“目前，我們只捕捉到最罕見(jiàn)、最響亮的事件，但在宇宙中還有更多的聲音?！泵绹又葜萘⒋髮W(xué)天體物理學(xué)家Jocelyn Read說(shuō)。加州理工學(xué)院物理學(xué)家David Reitze也表示，物理學(xué)家希望新的探測器能在21世紀30年代運行，這意味著(zhù)他們必須現在就開(kāi)始計劃?！耙Σǖ陌l(fā)現已經(jīng)吸引了全世界的目光，所以現在是思考接下來(lái)會(huì )發(fā)生什么的好時(shí)機?！?/p>

目前的探測器都是L形的儀器，叫做干涉儀。激光在懸掛在每條臂的兩端的鏡子之間反射，有些光線(xiàn)會(huì )漏出來(lái)，在L形臂的彎處會(huì )合。在那里，光的干涉方式取決于臂的相對長(cháng)度。通過(guò)監測這種干擾，物理學(xué)家可以發(fā)現通過(guò)的引力波，這種引力波會(huì )使臂的相關(guān)數值產(chǎn)生不同程度的變化。

因此，為了探測空間的微小拉伸，干涉儀的臂必須很長(cháng)。發(fā)現了第一個(gè)引力波的位于路易斯安那州和華盛頓州的激光干涉儀引力波天文臺（LIGO），臂長(cháng)達4公里。位于意大利的Virgo探測器有3公里長(cháng)的臂。

現在，研究人員現在想要一種靈敏度比現有設備高10倍的探測器。它能發(fā)現可觀(guān)測宇宙中所有的黑洞合并，甚至可以追溯到第一批恒星出現之前，從而尋找大爆炸中形成的原始黑洞。它還應該能發(fā)現數百個(gè)“千新星”，揭示中子星超密度物質(zhì)的本質(zhì)。

美國科學(xué)家對新探測器的愿景很簡(jiǎn)單?！拔覀冎幌氚阉龅梅浅７浅４??！盧ead說(shuō)。Read正在幫助設計“宇宙探索者”—— 一個(gè)臂長(cháng)40公里的干涉儀，本質(zhì)上是一個(gè)放大了10倍的LIGO。

指導了LIGO建設的加州理工學(xué)院物理學(xué)家Barry Barish說(shuō)，這種批量設計可能使美國能夠負擔得起多個(gè)分離的探測器，這將有助于新設備像現在的LIGO和Virgo一樣精確定位天空中的事件源。

但安置這樣巨大儀器可能很棘手。40公里的臂必須是直的，但地球是圓的。如果L形的彎道位于地面上，那么干涉儀的末端可能必須放在30米高的護堤上。因此，美國研究人員希望找到一個(gè)碗狀區域，以便容納這種結構。

相比之下，歐洲物理學(xué)家設想了一個(gè)地下引力波天文臺，稱(chēng)為愛(ài)因斯坦望遠鏡（ET）。意大利國家核物理研究所物理學(xué)家、ET指導委員會(huì )聯(lián)合主席Michele Punturo說(shuō)：“我們想要實(shí)現一個(gè)能夠在50年內承載（探測器）所有進(jìn)化的基礎設施?！?/p>

ET將由多個(gè)V形干涉儀組成，臂長(cháng)10公里，排列在一個(gè)深埋地下的等邊三角形中，以幫助屏蔽振動(dòng)。借助指向三個(gè)方向的干涉儀，ET可以確定引力波的偏振度，幫助科學(xué)家在天空中定位引力波的來(lái)源，并探測引力波的基本性質(zhì)。

Punturo表示，ET預計耗資17億歐元，包括用于隧道和基礎設施的9億歐元。研究人員正在考慮兩個(gè)地點(diǎn)，一個(gè)靠近比利時(shí)、德國和荷蘭的交匯處，另一個(gè)在撒丁島。相關(guān)計劃正在等待審議。

美國的提議則不那么成熟。研究人員希望美國國家科學(xué)基金會(huì )提供6500萬(wàn)美元用于設計工作，這樣就可以在本世紀20年代中期對這臺價(jià)值10億美元的機器做出決定。但物理學(xué)家們都希望這兩臺新設備能在2030年代中期啟動(dòng)。



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