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精度最高的探测仪器LIGO你了解多少?
发布时间:2020-02-22 12:01

  据美国物理学家组织网报道,近日,一个国际科学家团队通过分析高新激光干涉仪引力波天文台(Advanced LIGO)观测获得的数据,发现了迄今最大的黑洞合并事件和另外三起黑洞合并事件产生的引力波。最大黑洞合并成了一个约为太阳80倍大小的新黑洞,也是迄今距离地球最远的黑洞合并。

  近期,由澳大利亚国立大学(ANU)广义相对论和数据分析小组负责人苏珊斯科特领导的团队探测到,迄今最大黑洞合并事件发生在2017年7月29日,发生地距我们约90亿光年。斯科特说:“此外,在所有观察到的黑洞合并中,此次的黑洞旋转速度最快,距离地球也最远。”另外三起黑洞合并事件发▪…□▷▷•生于2017年8月9日至23日期间,与地球的距离为30亿至60亿◇•■★▼光年,产生黑洞的大小为太阳的56倍至66倍。

  研究人员计划不断改进引力波探测器,以便能在更遥远的深空中进一步发现灾难性事件。其实,自2017年8月第二次观测运行▪▲□◁结束以来,科学家们一直在升级LIGO和欧洲的“处女座”(Virgo)引力波探测器,使其更加灵敏。斯科特说:“这意味着从明年初开始的第三次观测运行中,我们将能探测到更遥远太空中发生的事件,发现来自宇宙中新的未知来源的引△▪▲□△力○▲-•■□波。”

  LIGO,Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,中文意思是激光干涉引力波观测站。LIGO 系统拥有两台联合运作的设备,一台在华盛顿的汉福德,另一台在路易斯安那州的利文斯顿。由于引力波不会在电磁波谱上留下线索,无法被看到,因此 LIGO 主要目标是“聆听”宇宙的声音,获得引力波存在的证据。

  每台 LIGO 设备会在超高真空腔中发出激光,并将激光一分为二,然后将▽•●◆两束激光分别发送到相互垂直的两个 2.5 英里长的激光臂。激光束随后被激光臂尽头的◆▼镜子反射回来。

  当引力波经过时,这一区域的时空会发生改变,导致两个激光臂之间产生细小的相对运动,这个细微的变化近似于一个质子直径的万分之一。这会改变射入到接收光学系统的返回光的相对相位,将光释放到光学传感•●器,从而形成可测量的信号或嘈声。

  LIGO的这套设备堪称是人类史最精密的仪器。举个例子,把地球上所有沙滩的所有沙子聚集在一起用LIGO测量,如果有一粒沙子发生移动,LIGO都能探测的到。这就是 LIGO,它已达到了这样不可思议的精确,所以当它直接探测到引力波时,人类对宇宙的认识也进入了一个新的阶▲★-●段。

  Scott Wurcer,ADI 精密放大器领域的设计专家,他设计的芯片被用于各行各业★-●=•▽的精密产品中。Wucer 曾说,他最引以为豪的客户产品是一个科研项目 LIGO。

  LIGO 采用了ADI 的大量集成技术。这些技术无一不体现出 ADI 对精密技术的承诺满足当下对精密指标的要求,并推动未来精密工程领▪•★域的创新及关键应用的实现。

  除了预测和补偿所有其他可能的▲=○▼环境噪声源,LIGO 还要求他们的激光振幅必须保持在超稳定状态,振幅变化在约100赫兹载波位移下不得高于2x10-9。激光不可能直接做到这◁☆●•○△些,LIGO 团队需使用+反馈系统来测量光输出并控制振幅。这需要具有特定性能的超低噪声放大器。LIGO 的科学小组为选择最佳解决方案而进行了广泛审核,最终,他们选择了 ADI 的 AD797 运算放大器。

  为稳定激光频率,LIGO 团队使用 ADI 的 AD590 高精度温度传感器来测量容纳激光的玻璃真空室的平均温度。

  虽然激光的原始输出是标准的,但它会在激光臂的谐振腔内快速增加到数千瓦。这产生的力量足以在玻璃镜子中形成声共振,因此,LIGO 使用 ADA4700 高压运算放大器来驱动静电激励器,静电激励器会主动使镜子减幅并保持一致。

  另一个 ADI 器件 AD736 RMS-DC转换器用于测量输送到螺线管的能量,螺线管用于驱动 LIGO 的镜悬挂系统,并完成任何需要的倾斜、俯仰和偏航。

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