引力波--前6次探测

背景
2015年9月14日，激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的双探测器对引力波进行了FIT直接观测。根据Eitein的广义相对论，当大质量物体加速时，它们会发出引力波--时空中以光速传播的涟漪。
当这些物体的质量是太阳的几倍，并以极高的速度移动时，它们的强度足以让我们有机会探测到它们。黑洞和中子台的合并正好为发射强引力波提供了正确的条件。
FIT探测到的信号名为GW150914，它的来源是遥远星系中两个黑洞的碰撞和合并，距离地球4.4亿(=1435000000光年)。这两个黑洞的质量大约是太阳的35倍和30倍。由此产生的黑洞的质量只有62个太阳质量，差额为3个太阳质量(！！)，以引力波的形式发射。
引力波正在移动时空本身的扭曲。当它们穿过非刚性结合在一起的物体时，例如漂浮在太空中的质量环(或LIGO探测器中的悬浮测试质量)，它们会改变它们之间的距离。
想象一下，一个由质量组成的环在地球上自由漂浮。当引力波穿过时，它会扭曲光环，向一个方向拉伸，在另一个方向压缩。这种扭曲的旋转频率与产生引力波的黑洞相互环绕的频率相同。随着黑洞越来越近，它们的轨道速度越来越快，引力波也越来越快，因此我们的质量环的扭曲变得更强。
模特们
这里的模型显示了在黑洞合并前的最后十分之一秒内这种扭曲的时间演变。每个水平切片对应一个时间段。地球位置的环的变形是计算出来的，并被夸大了5×10^20倍，即500000000000000000000！事实上，这种影响是微乎其微的，将LIGO探测的4公里(=2.5英里)的长度改变为小于一个质子的直径。(以下是一段视频，让我们一瞥LIGO探测器如何测量出如此微小的距离变化。)
到目前为止，有6个模型，每个模型对应于探测到的引力波信号。在上面的拟合图像中，您可以看到每个信号的来源，圆圈的大小与对象的大小(因此质量)相对应。
Fit 5来自黑洞的碰撞。信号的幅度取决于黑洞的质量、它们与地球的距离以及它们的方位。信号的频率取决于黑洞的质量，最适合的是GW150914，最重的是GW170608。
最后一个信号GW170817的来源是两个中子站的合并，(很可能)形成了一个黑洞。由于中子星比黑洞轻得多，所以频率很高。发射出的引力波的强度比黑洞合并的强度低得多，但这里的源比GW150914的源近10倍以上。
所有模型在时间(每厘米10.8毫秒)和幅度(实际效果大小的5×10^20倍)上都是相同的比例，因此您可以比较不同类型的信号。
你可以看到信号的频率和幅度是如何随着两个黑洞螺旋形越来越近而上升的(这称为自旋相位)，然后是它们合并时的振幅，最后是振铃，随着新形成的单个黑洞的摆动直到它稳定下来，振幅以指数形式衰减。
设计流程
数据源
这些模型基于来自LIGO的数据。来自探测器本身的数据太过嘈杂，无法生成这样的模型，所以我采用了用于搜索信号并从中提取参数的模板，例如黑洞的质量。
对于GW150914、GW151226、GW170104，我直接使用了来自LIGO的模板。这些并不是用于科学分析的精确的那些，但它们应该足够近，以便可视化。对于其余事件，我使用pycbc生成带有LIGO为这些源确定的参数的波形。中子星碰撞GW170817的波形也是用黑洞合并模型生成的，所以信号的最后部分可能不准确，但这部分基本上不可能打印出来：D
正在处理中
从这些波形、到震源的距离和倾角(震源的旋转轴与连接它与地球的线之间的夹角)，我计算出地球上指向震源的质量环的扭曲。
这些模型显示的数据比LIGO探测器能够准确测量的数据多一点，特别是倾斜度。(这两个探测器几乎是平行的，所以它们不能真正区分更高的倾角和更远的距离。)我只是使用了倾斜度的最大似然估计，但实际信号可能看起来有很大不同。一旦更多的探测器在接下来的一年里上线，我们应该会得到更有决心的新信号。
建模
这些切片(每个模型在150到500之间)在Fusion 360中使用Python脚本组装成3D模型。