LIGO-VIRGO O3 吃瓜记

这篇博文是自己关于引力波第三次观测 (O3) 的一些吃瓜经验,只是为了今后更好地吃瓜,并不一定正确。

1.吃什么瓜?

19年4月1日,LIGO和Virgo开始了引力波的第三次观测(O3)。观测仪器 (激光干涉仪) 包括两台位于美国的4km臂长的LIOG(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)和一台位于意大利的3km臂长的室女座(Virgo)干涉仪。它们的探测目标就是双星系统碰撞时产生的引力波,也就是我吃的瓜。

2.到哪里吃瓜?

是引力波候选事件数据库。当LIGO-VIRGO O3观测到疑似引力波事件时,会更新在https://gracedb.ligo.org,并自动向全球各个天文望远镜机构发出提示邮件,方便大家跟进观察、找寻对应天体。(之后大家的找寻结果会更新在Gamma-ray coordinates Network。)

打开https://gracedb.ligo.org后选择latest,看到一个列表,其中Labels不含“ADVNO”的(也就是不含“…NO”的红字标签。),就是引力波候选事件。到19年5月31日,O3已经有13起疑似引力波事件了。

3.怎么吃瓜?

在吃瓜前,先了解一些下面这些像我这样的业余人士不太能直接看出来的内容。打开“latest”中你感兴趣的引力波候选事件。

首先是Superevent Info中的FAR,这是False alarm rate for GW candidates with this strength or greater 的意思,大意是误报率。

然后是Preferred Event Info中的CBC,即Compact binary coalescence,意思是致密双星(中子星或恒星级黑洞)合并;

Pipeline指的是识别CBC事件的分析方法,这里通常使用GstLAL或PyCBC

Instruments是观测到引力波的仪器,最多有三台H1, L1 和 V1,对应哪台激光干涉仪显而易见。

接下来是sky localization,它显示了事件的方位和距离。左图是天球的Mollweide投影,坐标系是赤道(ICRS)坐标系统,其原点在太阳系质心, 并用bayestar的方法显示了事件的位置概率分布(sky maps)。其中Mollweide投影是一种等体积投影;bayestar是一种利用贝叶斯方法快速定位的算法。右图是事件估计位置的三视图,对专业人士找寻对应天体很有用。这里的距离指的是光度距离。

最后是EM Followup, EM是electromagnetic的意思。这里显示了双星系统可能对应的四种类型以及噪声的概率:

  • BNS:Binary neutron star,双中子星合并
  • BBH:Binary Black Hole,双黑洞合并
  • NSBH:neutron star-Black Hole,中子星-黑洞合并
  • MassGap:双星中至少有一个天体质量介于最大中子星质量和最小黑洞质量之间,即3~5个太阳质量。由于这种天体尚不明确,如果出现是件很有趣的事件。
  • Terrestrial: 噪音

下面我以S190521r候选事件为例演示业余群众如何吃瓜。Instruments中有H1和L1, emmm,看来Virgo没在观测状态。在sky localization的右图中显示distence:1136 Mpc。这是什么概念呢?我们把原有的光度距离换算成固有距离发现,这个双星系统距离我们约25亿光年,来自107亿年的宇宙(现在的宇宙是137亿年)。EM Followup告诉我们这有超过99%的可能是双黑洞合并。

下面是一些问答记录

1.有没有获取最新资讯和可以一起讨论的吃瓜平台?

打开https://www.ligo.org/,右下角的fb、推特关注一波。

2.为什么没有双星质量和合并后的质量?

现在的引力波已经做到实时公布,但是计算质量还需要一些时间,所以在引力波候选事件数据库没有公布它们的质量。

3.Ligo-virgo可以观测到超大质量黑洞吗?

不可以。Ligo-virgo的探测频率在高频(10-103赫兹),而超大质量双黑洞的引力波频率比这个低。

理论研究表明引力波的频率范围非常宽,它由不同的引力波源贡献,目前正在实施或计划的引力波探测项目主要关注以下四个频段:

(1)高频(10-103赫兹),探测器是以LIGO为代表的地基激光干涉仪,重要引力波源是致密双星(中子星和恒星级黑洞);

(2)低频(0.1-100毫赫兹),探测器是以LISA为代表的空间激光干涉仪,重要引力波源是大质量双黑洞(104-107太阳质量);

(3)甚低频(1-100纳赫兹),探测方式是利用大口径射电望远镜开展脉冲星的高精度计时观测,重要引力波源是超大质量黑洞(106-109太阳质量);

(4)极低频(10-18-10-15赫兹)。探测方式是宇宙微波背景辐射的偏振测量,主要探测宇宙早期引力场的量子扰动产生的、暴涨时期被放大的原初引力波。

 

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