再次探測到引力波! 還是LIGO 還是雙黑洞併合

【正見新聞網2016年06月17日】

時隔3個多月,LIGO再次探測到引力波信號,來源於距離地球14億光年的兩個黑洞的併合。

2015年12月26日,來自LIGO和Virgo合作組織的科學家收到了一份意料之外的聖誕禮物——在首次探測到引力波信號僅3個月之後,高新雷射干涉儀引力波天文台(Advanced LIGO)的兩個探測器就再次記錄到了新的引力波信號。跟上次一樣,這一引力波信號源自於兩個黑洞即將合二為一之時最後的相互繞轉,這種現象被稱為併合(coalescence)。儘管這一信號要比首次探測到的引力波信號更弱,但這一新發現的置信度仍然超過99.99999%。

再次探測到引力波,表明這樣的災難性事件在宇宙中相當常見。這也意味著,當美國的高新雷射干涉儀引力波天文台和義大利的高新室女座引力波探測器(Advanced Virgo)在升級後於2016年底恢復運行之後,很可能會檢測到更多引力波事件。這將幫助科學家更好地理解成對出現的黑洞。

黑洞是最大質量恆星演化的最終階段。其中一些黑洞成對形成,相互旋轉,並以引力波的形式損失能量,因而會逐漸靠近,直到抵達一個臨界點,令整個過程突然加速。它們最終會併合成一個單獨的黑洞。2015年12月26日探測到的引力波信號,就來源於併合之前最後的旋轉階段。

依據觀測到的引力波信號,科學家能夠推斷出那兩個黑洞的質量,分別是太陽質量的8倍和14倍(相比之下,2015年9月14日首次探測到的引力波信號,併合的那兩個黑洞分別是太陽質量的29倍和36倍)。黑洞合併之後形成了一個質量相當於太陽21倍的旋轉黑洞,大約與太陽相當的物質轉化成了能量,以引力波的形式釋放出來。

由於這次的兩個黑洞較輕,它們相互靠近的速度就沒有那麼迅速:此次探測到的信號持續了幾秒鐘,而上次探測到的信號僅持續了不到0.5秒。因此,此次觀測到的雙黑洞併合前相互旋轉的圈數,遠遠大於第一次觀測到的引力波事件,這讓科學家有機會對愛因斯坦的廣義相對論進行一次完全不同的理論檢驗。

此次觀測到的黑洞併合事件,發生在距離地球大約14億光年的地方,這意味著引力波在太空中穿行了14億年,才抵達了位於美國路易斯安那州和華盛頓州的兩台 LIGO探測器。位於路易斯安那州利文斯頓的LIGO探測器比另一台位於華盛頓州漢福德的探測器早1.1毫秒記錄到了引力波信號,讓科學家能夠大致測定引力波源的方位。

再次觀測到引力波事件,證實了成對出現的黑洞在宇宙中相當普遍。對LIGO探測器從2015年9月到2016年1月間採集的數據所作的系綜分析暗示,2015年10月2日還有可能探測到了第三起此類事件,只不過置信度較低。

最終,對此類觀測的分析或許能夠解釋雙黑洞的起源:到底是一對雙星分別各自轉變成黑洞,還是一個黑洞俘獲了另一個黑洞?為了得到答案,就必須要有大量的觀測樣本,等到高新LIGO和高新Virgo在2016年秋天恢復運行之時,這一切皆有可能。正如高新LIGO探測器在首次數據採集階段所證明的那樣,引力波現在已經成為了一種全新的手段,來探索宇宙和宇宙中最基本的相互作用——引力。

這一發現今天(6月15日)在美國天文學會聖迭戈會議上公布,並將發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

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