紫金山天文台科學家高精度直接測量重力波速度

重力波速度與光速相對偏差”測量預期達到的精度
廣義相對論預言重力波在真空中的速度為光速。2015 年9 月之前重力波從未被直接探測到,也就不可能直接測量其速度。如果重力波速度小於光速,現有的極高能宇宙線觀測要求該相對偏差小於10^-15。但在很多的重力理論模型中重力波速度可以超過光速,目前對此相關限制很弱。所以重力波速度的直接測量具有非常重要的科學意義。

重力波速度的直接測量目前主要有兩種方案: 一種是基於各重力波探測器接收到重力波信號的時間差來計算,目前這種測量的精度非常低;另一種測量的原理是:如果重力波速度不同於光速,那麼宇宙學距離上的重力波爆發訊號與幾乎同時發出的電磁輻射訊號到達觀測者時將產生一定的時差,通過這個時差就可以給出重力波速度偏離光速的幅度的上限。

2015 年9月14日在LIGO 重力波探測器成功探測到GW150914 後大約0.4 秒,Fermi 衛星上搭載的伽馬射線暴監視器(GBM) 探測到了一個持續約1 秒的微弱伽馬射線暫現源。儘管還存在一定的爭議,但Fermi/GBM 的一個專門的數據分析小組認為這個訊號的顯著性達到3 倍標準差,它在時間與空間上與GW150914 也基本吻合,極有可能成協。李翔、張富文、袁強等人第一時間對該成協的物理意義進行了深入探討,尤其是通過計算得到,如果重力波速度超過光速,那麼其相對偏差應小於10^-17。如果GW150914 與Fermi-GBM 的伽瑪射線訊號的成協是真實的,那麼這是人類首次對重力波的速度做出的高精度直接測量。

【圖、文:節錄自中國科學院紫金山天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在已經出版的《天體物理學快報》

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