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中央大學物理系重力波物理實驗室團隊合影。物理系提供。

　由中央大學物理系井上優貴(Yuki Inoue)教授所指導的重力波物理實驗室團隊，使用雷射干涉儀研究重力波物理，更加入了LIGO與KAGRA的國際探測計畫，參與實驗儀器的鍍膜和校正工作。最近LIGO-Virgo-KAGRA(LVK)與合作者一同釋出重力波訊號源目錄GWTC-3 (the 3rd Gravitational-Wave Transient Catalog)的論文與第三次聯合觀測後半段(O3b)的數據。
 
　本世紀最令人驚奇的發現之一便是直接觀測到了重力波的訊號。阿爾伯特・愛因斯坦在一百年前建構了廣義相對論，這理論拓展了牛頓的萬有引力定律，並且預測了能造成時空扭曲的重力波。為了偵測此一極為微小的扭曲，需要使用雷射干涉儀才能觀測到重力波在物體上所產生的位移。世界上3個公里級大小的重力波雷射干涉儀aLIGO、aVirgo與KAGRA共同合作，到目前為止已經進行了三次的聯合觀測。
 
　迄今為止，我們所有的重力波觀測都來自緻密星體(黑洞或中子星)組成的雙星合併。觀測結果能提供星體的質量、自旋與雙星旋轉平面的傾角以及它們所在的方位與地球的距離。相關參數的分布(圖2)可以幫我們了解雙星系統的形成過程，也可以用來驗證愛因斯坦的廣義相對論，甚至測量宇宙膨脹的速率。在這份釋出的資料中(圖3)，重力波的觀測數量提升到90件，而新觀測的35個事件中的重要發現包括：一件非常不對稱質量的中子星-黑洞系統，黑洞的質量約為 31 M_⊙ (太陽質量) 而中子星的質量為1.2 M_⊙，這顆中子星也是目前觀測到最輕的一顆中子星；兩件雙黑洞系統，其合併後的黑洞質量超過140 M_⊙，大於所謂中等質量黑洞100 M_⊙的臨界值。這些結果將對目前所理解中子星和黑洞的形成機制，提供新的數據和挑戰。
 
　井上優貴教授在KAGRA與LIGO裡參與校正領域的研究，其團隊過去開發了光子校準器與重力場校準器作為雷射干涉儀的校正儀器，其中光子校準器還是KAGRA主要使用的校正儀器。同時，更參與了重力波訊號誤差預測的分析，目前正努力為了第4次聯合觀測開發新的軟體。井上優貴教授主導的聯合團隊包括了來自中研院與清華大學的成員，共超過了20位成員參與，預計於明年參加第4次聯合觀測。此研究計畫受到科技部愛因斯坦培植計畫與中央大學高能與強場物理研究中心的支持。
 
【參考資料】
- GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the Second Part of the Third Observing Run
 https://dcc.ligo.org/LIGO-P2000318/public/main
- GWTC-3 public data release:
 https://www.gw-openscience.org/
- Science summary (Chinese):
https://www.ligo.org/science/Publication-O3bCatalog/translations/science-summary-chinese-traditional.pdf


圖2：黑洞或中子星組成的雙星合併的質量-質量比。物理系提供。

圖3：中子星、黑洞資料 Credit: LIGO-Virgo / Aaron Geller / Northwestern University。物理系提供。

中央大學、清華大學、中研院三方聯合會議。物理系提供。