天文學家探測到引力波:由迄今為止最大黑洞合併產生
天文學家探測到了迄今為止最大規模的黑洞合併所產生的引力波。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,兩個質量分別相當於太陽50倍和34倍的黑洞碰撞、合併,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。
兩個質量分別相當於太陽50倍和34倍的黑洞碰撞、合併,形成了一個超過80倍太陽質量的黑洞。
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-VIRGO Collaboration)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併事件,並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次是黑洞合併;一次是密集恆星殘餘物——所謂的中子星——之間的碰撞。
為什麼選擇現在公佈這一發現?
2017年8月1日,升級後的室女座干涉儀(VIRGO)加入了激光干涉引力波天文台(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並重新進行評估。
LIGO和VIRGO激光干涉儀是有史以來最靈敏的科學探測工具
國際團隊成員、美國西北大學的肖恩·拉爾森(Shane Larson)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,查看每個特徵,將其與我們的天體物理學預測進行比較,並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,並利用我們最強大(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併事件。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,後面的數字代表年/月/日。
不確定的疑似信號是什麼?
位於華盛頓州和路易斯安那州的先進LIGO激光干涉儀於2015年9月開始首次科學運行,並且很快在9月14日曆史性地探測到了一次黑洞合併事件(GW150914)。這一發現後來幫助萊納·魏斯、巴里·巴里什和基普·索恩獲得了諾貝爾物理學獎。
不到一個月後,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,但很長時間裡一直未能列入完全探測的目錄中。
現在,經過細緻的重新分析,研究人員終於將前綴從“LVT”換成了“GW”。美國西北大學的克里斯托弗·貝里(Christopher Berry)教授將GW151012的確認過程稱為一個“灰姑娘的故事”。
位於美國路易斯安那州的LIGO實驗室,長達4公里的管道從控制中心延伸出來
這些額外的探測意味著什麼?
引力波搜尋是一場統計的遊戲。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,擴展後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。目前這些干涉儀處於下線升級狀態,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,終於在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併和中子星合併。
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闢了全新的領域。