引力波：不再是孤立事件

此次黑洞質量較輕，併合過程較上一次緩慢，相互繞轉達到了55圈，時間大約持續了1秒，這個更為緩慢的過程使得科學家能夠捕捉到更多關於黑洞的信息。（環球科學供圖/圖）

在較短時間內，LIGO兩次成功探測到引力波給人印象深刻。這意味著人類探測引力波不再是一個偶然或隨機的事件，從而為探測宇宙中黑洞的形成與分布，以及宇宙中雙黑洞事件發生的幾率等奠定了良好的開端。

2016年6月15日，美國聖地亞哥當地時間，在美國天文學會第228次會議上，LIGO科學合作組織聯合歐洲的Virgo項目組召開新聞發布會，宣布再次探測到引力波。這意味著人類探測到引力波不再是一個偶然或隨機的事件，從而為一個全新的引力波天文學時代的到來奠定了堅實基礎，也為人類科技文明的發展翻開了新的篇章。

早在年初的2月11日，美國國家科學基金會及LIGO科學合作組織宣布，激光干涉引力波天文台（LIGO）於2015年9月14日成功探測到了引力波，現被稱為GW150914事件。這是人類首次直接探測到了引力波，已經成為物理學和天文學的重要里程碑。

據LIGO科學合作組織發言人岡薩雷斯介紹，此次成果包括一次確認信號（GW151226事件）和一次疑似信號（LVT151012疑似事件），均來自雙黑洞的併合。其中確認信號於世界標準時間2015年12月26日3時38分53秒被分別位於路易斯安那州列文斯頓和華盛頓州漢福德的兩台升級後的引力波探測器探測到，時間間隔僅為1.1毫秒。

GW151226事件的發生地點距離地球約14億光年，由兩顆初始質量分別為14個太陽質量和8個太陽質量的黑洞併合所產生，併合後的黑洞約21倍太陽質量，意味著有大約1個太陽質量的能量被引力波帶走。跟首次引力波事件GW150914相比（距離我們約13億光年，黑洞初始質量分別為29個太陽質量和36個太陽質量，併合後的黑洞約62個太陽質量，引力波帶走約3個太陽質量的能量），探測到的引力波信號要弱不少，但依然達到了5.3個希格瑪的置信度，可以被確認為是新的發現。

黑洞形成於大質量恆星演化的晚期，它是星體無法抵抗自身強大的引力作用而最終坍塌的產物，此時的引力是如此之強乃至光線都無法逃逸出來。當兩個黑洞距離較近時，因為彼此強大的引力作用它們將相互繞轉並逐漸靠近，根據愛因斯坦廣義相對論，雙星或雙黑洞的相互繞轉都將向外輻射引力波。但這個起始階段的引力波強度依然很弱，很難被直接探測到。

隨著雙星系統能量的不斷損失以及引力的持續效應，雙黑洞將不斷靠近，直到抵達一個臨界點，此過程將突然加速並輻射出強烈的引力波，最終併合形成一個穩定的新黑洞。現在LIGO所捕捉到的引力波，均來自雙黑洞併合前的最終階段，持續時間僅有1秒左右或更短。

這一次有關引力波的新發現，有如下幾個顯著特點:

一是LIGO在較短時間內就兩次成功探測到引力波事件給人印象深刻，這也意味著科學家在未來將更多地探測到引力波信號，從而最終將引力波探測納入到常規檢測系統中；

二是此次發現表明科學家具備了根據信號調整觀測儀靈敏波段的能力，可以觀測到不同質量的雙星併合過程，從而為探測宇宙中黑洞的形成與分布，以及宇宙中雙黑洞事件發生的幾率等奠定了良好的開端；

三是此次黑洞質量較輕，併合過程較上一次緩慢，相互繞轉達到了55圈，時間大約持續了1秒（上次探測到的引力波持續時間不到0.5秒），這個更為緩慢的過程使得科學家能夠捕捉到更多關於黑洞的信息，比如自旋。此次事件使得科學家確信雙黑洞中至少有一個黑洞有自旋，這同時也為科學家驗證廣義相對論理論提供了新的途徑。

初始LIGO建成於2001年，此前十幾年間一直沒有觀測到引力波的確鑿信號，而之所以在2015年短短几個月內就連續觀測到多次引力波信號，要歸功於LIGO升級後的強大功能。此前，科學家們對LIGO進行了一次重要的升級，成為升級版LIGO。與第一代LIGO探測器相比，升級後的LIGO大大提高了其靈敏度，觀測宇宙的範圍大大增加，比初始LIGO可以多探測到64倍的引力波源。

由於位於義大利比薩附近的「處女座（Virgo）」引力波探測器也將升級完成，它將利用地面的射電干涉檢測儀來追蹤信號，三台干涉觀測儀將能觀測到更多的引力波源與信號，能更好地確定引力波源的位置。一旦Virgo與LIGO攜手，一個令人興奮的引力波天文學時代即將到來。可以預期，在不久的將來，科學家對引力波的探測將會給人類帶來更多的發現與驚喜。

另外，質量為10個太陽左右的黑洞在銀河系和河外星系中更為常見，這為探尋引力波事件的電磁對應體提供了更多的機會。到時科學家不僅可以通過不同電磁波段的天文望遠鏡這雙千里眼觀測宇宙的「顏色」，還可以結合引力波探測器這對順風耳聆聽宇宙的「聲音」，從而多角度、全方位地揭開星體形成與宇宙演化的秘密。捕捉來自遙遠太空的引力波、電磁波與中微子等多種信號，迎來一個多信使天文學的新時代。

再次探測到引力波，同樣給持續升溫的中國引力波探測計劃注入了新的活力。目標瞄準探測原初引力波的阿里計劃已經在順利執行並加緊推進，該項目將在我國西藏阿里海拔為5千米以上的地區放置望遠鏡，實現北天區的微波背景輻射觀測，并力圖在輻射信號中找到宇宙原初引力波的獨特印跡。而由中科院領銜的「太極計劃」和中山大學主導的「天琴計劃」都瞄準了空間引力波的探測。相比於地面引力波探測，空間引力波探測不受地面空間距離限制和地面雜訊等影響，在探測中低頻段的引力波上具有獨特優勢。屆時我們有理由相信，中國的引力波探測也將為人類繪製一張完整的引力波譜圖做出自己獨特的貢獻。

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