天文學(xué)家觀測到引力波是空間和時間的漣漪，由雙黑洞碰撞合并、雙中子星碰撞合并或由中子星和黑洞碰撞等大質(zhì)量天文事件產(chǎn)生的，因為質(zhì)量黑洞等大質(zhì)量天體合并事件，

我們?nèi)祟惖膬x器靈敏度才能夠探測到，并非是說只有這樣才能產(chǎn)生。愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測，引力波（GW）會在經(jīng)過時擠壓和拉伸空間，并將永久扭曲空間，留下對波的“記憶”。

然而，這種記憶效應(yīng)還沒有被檢測到，因為它會非常小，只留下最微弱的痕跡。莫納什大學(xué)引力波發(fā)現(xiàn)ARC卓越中心(OzGrav)的科學(xué)家，終于開發(fā)出一種搜索和檢測引力波記憶的方法。在OzGrav博士Moritz Huebner的帶領(lǐng)下，新發(fā)表的這篇研究論文解釋了通過分析來自大量觀察數(shù)據(jù)尋找引力波記憶的棘手之處。Huebner將在堪培拉的澳大利亞國家理論天體物理研究所(ANITA)展示這些結(jié)果。

科學(xué)模型預(yù)計記憶會在探測器上留下極其微弱的痕跡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于黑洞碰撞本身產(chǎn)生的波。因此，許多引力波事件的數(shù)據(jù)需要合并。為了做到這一點，研究小組使用了一些最精確的引力波和記憶模型，這些模型是從黑洞碰撞合并研究中開發(fā)出來的。研究算法仔細(xì)梳理數(shù)據(jù)，測量引力波記憶存在的確切證據(jù)。對于每一次單獨的觀察，這種艱苦的方法，可能需要在正常的計算機芯片上，花費數(shù)百個小時來探索引力波信號如何產(chǎn)生的所有可能性。

能檢測到引力波記憶嗎？

引力波記憶是廣義相對論中的一種強場效應(yīng)，表現(xiàn)為時空中的永久“位移”扭曲。研究利用先進的LIGO和Virgo探測器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了一個檢測引力波記憶的貝葉斯框架，將這個算法應(yīng)用于LIGO/Virgo第一個瞬態(tài)引力波星表中的前十個雙星黑洞合并。雖然沒有發(fā)現(xiàn)引力波記憶的證據(jù)，這與預(yù)期一致。為了估計何時會檢測到記憶，研究使用最好的當(dāng)前總體估計來構(gòu)建LIGO/Virgo在設(shè)計靈敏度下的雙星黑洞觀測真實樣本。

這促使研究人員專注于微調(diào)設(shè)置，以在不影響搜索的情況下減少計算小時數(shù)。到目前為止，LIGO和室女座在2015年至2017年間探測到的前10起黑洞碰撞搜索結(jié)果，被證明是不確定的。LIGO和室女座還不夠敏感，不能就引力波記憶發(fā)表任何聲明。值得慶幸的是，科學(xué)家現(xiàn)在可以使用前10次黑洞碰撞的數(shù)據(jù)，并對未來將有多少可觀察到的引力波事件有一個像樣的想法，還可以計算在每一次事件中可以檢測到多少記憶證據(jù)。

在整個研究過程中，研究人員還發(fā)現(xiàn)，新搜索方法必須從大約2000個黑洞合并中提取數(shù)據(jù)來檢測記憶。雖然這聽起來可能令人難以置信，但該團隊預(yù)計到2020年代中期將達到這個數(shù)字。此外，LIGO和處女座正在不斷升級，自2019年4月第三次觀察運行開始以來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了40多次合并。隨著進一步的技術(shù)進步和日本KAGRA天文臺即將上線，研究小組相信他們每天都會探測到多個雙星合并，并最終將導(dǎo)致揭示引力波的記憶。

博科園｜研究/來自：ARC引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心

參考期刊《物理評論D》

DOI: 10.1103/PhysRevD.101.023011

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