科学家再次探测到引力波信号:源自14亿年前黑洞合并

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北京时间6月16日凌晨1点15分，正在美国圣地亚哥参加第228届美国天文学会的ligo科学合作小组(lsc)和virgo合作小组的科学家们举行了新闻发布会，报道他们再次探测到引力波信号的消息。这是他们自今年2月以来首次宣布探测到引力波信号。

会议开始时，路易斯安那州立大学ligo科学合作小组的发言人加布里埃拉·冈萨雷斯宣布了引力波再次被探测到的消息。这是由两个遥远黑洞的合并过程引起的时间空扰动。这一事件的涟漪穿过宇宙，被地球上的人们探测到。引力波信号的重新探测证明引力波信号的探测并不是一个罕见的事件，有理由期待未来会有更多的探测案例，从而真正开启一个全新的引力波天文学时代。

100年前，爱因斯坦在他的广义相对论中首次预言了引力波，但从那以后，引力波一直没有被直接探测到，直到去年9月，ligo首次探测到引力波。科学家希望他们能得到更多的案例，这样他们就能研究黑洞的合并频率，并帮助他们在极端环境下测试一些物理理论的正确性，甚至可能导致更深层次的自然理论。

ligo科学合作组织的发言人Gabriela Gonzalez女士说:“我们的计划不仅仅是探测第一个引力波信号，也不是要证明爱因斯坦是对还是错。”我们想做的是建立一个天文台。”她说:“此时此刻，我们可以说ligo的目标已经真正实现了。”

一篇关于这一发现的论文发表在《物理评论快报》上，这是ligo的第二次引力波探测事件。与此同时，项目团队之前遇到了另一个“可疑信号”，这个信号太弱，无法确认。研究小组已经在今年2月的新闻发布会上介绍了相关情况。亚利桑那州立大学的理论物理学家劳伦斯·克劳斯说:“引力波探测将使我们能够窥探宇宙的黑暗面。”引力波天文学将成为21世纪的天文学。”

一个更小的黑洞

新发现的引力波信号起源于大约14亿年前的黑洞合并事件。参与合并事件的两个黑洞的质量分别是太阳质量的14倍和8倍。他们不断围绕着彼此旋转，最终融合在一起。信号显示，这两个黑洞合并成一个新的黑洞，质量约为太阳质量的21倍，这意味着在一瞬间，与太阳质量相当的能量被转换成引力波并释放出来。

与ligo的首次探测相比(当探测到的信号来自两个质量约为太阳30倍的黑洞时)，探测到的信号频率更高，持续时间更长。在第一个引力波探测信号中，科学家们只观察到了两个黑洞碰撞和融合前的最后一两个圆，但这次，科学家们跟踪了两个黑洞融合前的最后27个圆。冈萨雷斯说:“这将使我们能够更准确地检验爱因斯坦的广义相对论，并对黑洞的参数做出更准确的估计。”

这一次，研究小组也有机会观察参与合并的黑洞的旋转。结果表明，至少质量较大的成员黑洞有自旋，其速率约为黑洞自旋理论最大速率的20%。西北大学ligo项目组成员Vicky kalogera说:“如果光看第一个引力波探测信号，参与合并的两个黑洞似乎没有自旋，那么从这个角度来看，这一次是一个新发现。”

今天上午的新闻发布会上宣布，检测到的引力波信号实际上是在2015年12月26日检测到的，当时距离去年9月14日首次检测到引力波信号只有大约三个月的时间。Ligo用分别位于路易斯安那和华盛顿的两个探测设备捕捉到了空涟漪穿过地球的时间。两个探测器都是巨大的L形结构，臂跨度为4千米。科学家让激光在这些长臂内的镜子上来回反射，并精确地测量来自两个长臂的反射激光之间的干涉效应，从而测量长臂中任何极其细微的空变化。

在正常情况下，两个长臂的长度应该完全相等，因此激光束在两个长臂中传播需要相同的时间。然而，一旦引力波通过探测器，一个方向的长臂将被压缩，而另一个方向的长臂将被拉伸，导致两个激光束的传播时间长度不同。当它们反射回来并会聚时，干涉条纹就会出现。

这样的长度变化将是极其微妙的——LIGO装置必须能够测量长度变化，相当于不到质子直径的万分之一，才能探测到引力波信号。这个所谓的“高级ligo”实验设施价值10亿美元，经过了技术改进，是旧版本的升级版。这种探测装置的想法最早出现在20世纪60年代，最初的ligo装置于2002年建成并投入使用。

今年2月，ligo团队发现引力波的消息立即引爆了整个学术界，引起了全球媒体的极大关注。同时，它还为研究团队赢得了考文垂天体物理学奖、科学突破奖等许多重要科学奖项。基于这一发现，已经发表了几十篇科学研究论文，并对第一次引力波探测的各个方面进行了详细的讨论和分析，从可能包含在信号探测中的关于黑洞和暗物质之间联系的信息，到引力波信号可能根本不是黑洞而是虫洞的怀疑，等等。美国哥伦比亚大学ligo项目组成员Szabolcs márka说:“最有趣的工作是由ligo项目组以外的科学家完成的。”他说:“这是科学应该走的路。”(晨风)