天文學家探測到引力波：由迄今為止最大黑洞合并產生

　　北京時間12月14日消息，天文學家探測到了迄今為止最大規模的黑洞合并所產生的引力波。在2017年7月29日，他們的激光干涉儀捕捉到了來自這場巨大碰撞的時空漣漪。

 

　　在這次事件中，兩個質量分別相當于太陽50倍和34倍的黑洞碰撞、合并，形成了一個超過80倍太陽質量的黑洞。這個黑洞距離地球至少50億光年。

 

　　天文學家通過一個大數據重分析項目取得了這一發現。LIGO-VIRGO團隊（LIGO-VIRGOCollaboration）的研究人員還列出了其他3次在初次數據梳理中遺漏的黑洞合并事件，并將此前一次不確定的“候選”事件提升到完全探測的狀態。

 

　　這次重新分析使目前在目錄中的引力波事件總數達到11次。其中10次是黑洞合并；一次是密集恒星殘余物——所謂的中子星——之間的碰撞。

 

　　為什么選擇現在公布這一發現？

 

　　2017年8月1日，升級后的室女座干涉儀（VIRGO）加入了激光干涉引力波天文臺（LIGO）兩個探測器的搜索行列，由國際合作團隊負責它們的運行，地點分別在美國的華盛頓州和路易斯安那州，以及意大利的比薩附近。

 

　　這三個超級靈敏的激光干涉儀主要“聆聽”兩段時期中宇宙事件所產生的引力波，分別是2015年和2016至2017年。研究人員利用算法對龐大的數據流進行梳理，發現了一些（他們當時認為的）與引力波相關的明顯模式，但他們總是需要回溯這些數據并重新進行評估。

 

　　國際團隊成員、美國西北大學的肖恩·拉爾森（ShaneLarson）教授在自己的博客上寫道：“自（最初的發現）以來，我們一直在篩選數據，查看每個特征，將其與我們的天體物理學預測進行比較，并與顯示儀器正常工作情況的監視器交叉檢查，確保它出現在所有探測器中，并利用我們最強大（但運行緩慢）的超級計算機來分析代碼。”

 

　　正是這把“細齒梳”為我們梳理出了新的黑洞合并事件。所有新的探測結果都來自第二段運行時期，即從2016年11月至2017年8月，持續將近9個月。在前綴為“GW”——意為“引力波”——的目錄中，新發現的引力波事件分別被記為GW170729、GW170809、GW170818和GW170823，后面的數字代表年/月/日。

 

　　不確定的疑似信號是什么？

 

　　位于華盛頓州和路易斯安那州的先進LIGO激光干涉儀于2015年9月開始首次科學運行，并且很快在9月14日歷史性地探測到了一次黑洞合并事件（GW150914）。這一發現后來幫助萊納·魏斯、巴里·巴里什和基普·索恩獲得了諾貝爾物理學獎。

 

　　不到一個月后，一個疑似揭示引力波的信號出現。當時，科學家認為這一事件還不能達到確定是引力波信號的程度，他們將其編號為LVT151012。該事件在學術通訊中經常被提及，但很長時間里一直未能列入完全探測的目錄中。

 

　　現在，經過細致的重新分析，研究人員終于將前綴從“LVT”換成了“GW”。美國西北大學的克里斯托弗·貝里（ChristopherBerry）教授將GW151012的確認過程稱為一個“灰姑娘的故事”。

 

　　這些額外的探測意味著什么？

 

　　引力波搜尋是一場統計的游戲。根據迄今為止的探測結果數量，科學家可以推算出給定體積空間內可能存在的黑洞數量。這個數量剛剛上升了一些。

 

　　此外，擴展后的目錄還能告訴我們未來激光干涉儀實驗室可能取得的成功。目前這些干涉儀處于下線升級狀態，它們的性能將得到提高。當明年春天，這些干涉儀重新上線的時候，它們將具有探測兩倍目前距離的能力，從而很有希望達到目前8倍的探測速率。

 

　　我們正在迅速邁向一個引力波發現變得習以為常的時代。而且，隨著技術的發展，科學家也將發現更多有關黑洞和中子星性質的新細節。如果幸運的話，我們還能找到一些全新且意想不到的引力波來源。

 

　　引力波：時空的漣漪

 

　　愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在。

 

　　引力波探測技術經過了幾十年的發展，終于在2015年首次直接探測到引力波。

 

　　引力波是時空交織結構中的漣漪，源自劇烈的宇宙事件。

 

　　加速中的質量會產生以光速傳播的波。

 

　　目前探測到的引力波來源包括黑洞合并和中子星合并。

 

　　LIGO和VIRGO激光干涉儀都是在L形的管道中發射激光，通過測量不同長度干涉臂對相同引力波產生的響應來進行探測。

 

　　對引力波的探測為宇宙研究開辟了全新的領域。