引力波將揭開宇宙神秘的面紗

2015 年 9 月 14 號，人類首次探測到引力波信號 ( 引力波即時空彎曲中的漣漪）進一步證實了物理界泰斗愛因斯坦的廣義相對論，同時為研究黑洞，中子星以及超新星爆炸開啟了新的大門。

2015 年 9 月 14 號，人類首次探測到引力波信號 ( 引力波是體積龐大的物體會對空間結構產生漣漪作用即時空彎曲中的漣漪）進一步證實了物理界泰斗愛因斯坦的廣義相對論。2015 年 12 月 26 號人類第二次探測到引力波信號，今年 6 月正式宣布引力波成為研究宇宙的新關口。 更讓人興奮的是未來人類將使用 LIGO（是藉助於激光干涉儀來聆聽來自宇宙深處引力波的大型研究儀器）天文台和 Virgo（義大利比薩附近天文台）來觀測引力波和無數的宇宙信號。 這些舉措都將轉變和加深我們對黑洞，中子星，超新星爆炸的認識和了解，或許也將顛覆我們對生命的起源以及宇宙本身的認識和了解。

物理界和天文界發生翻天覆地的變化，目前人類兩次探測到的引力波信號大大增加了現有的恆星體積大小的黑洞（恆星級黑洞）的數量以及進一步展示了黑洞既可以形成緊湊的黑洞對子（俗稱雙恆星級黑洞），也可以進行合并。2015 年人類探測到的兩次引力波信號大概是黑洞合并所產生。鑒於兩次探測收集的數據，我的同事攜手 LIGO 和 Virgo（義大利比薩附近引力波天文台）一同，用不同於以往研究天體的獨特的方式來進一步驗證愛因斯坦的廣義相對論。通過這些努力，我們發現黑洞之間頻繁進行碰撞，而且次數比我們預期的要多，這也就讓研究者們推測，正是黑洞的大量存在形成大量的黑暗物質。

隨著新研究觀察工具的發展，新的天文探測器將會給我們帶來更多的驚喜，因為我們的宇宙充滿著奧妙和神奇，無奇不有。

首先，除了已經探測出的雙恆星級黑洞，我們堅信我們會探測到更多的成雙的黑洞組合。由於目前的探測設備還沒有充分發揮他們的潛力，目前的設備敏感性靈敏性僅有 30%。當設備靈敏性敏感性達到 100% 的時候，兩台激光干涉儀引力波天文探測器（分別在里斯安娜州和華盛頓州）和 Virgo 引力波天文台（靠近義大利比薩）每年將探測到成千上百次黑洞事件。這些大量的數據樣品將給我們全面的黑洞的分布圖以及讓天文學家更好地對黑洞進行歸類，促進黑洞形成的理論的研究分析。

同樣，通過這些引力波天文探測器，我們可用於研究觀察中子星的合并，中子星指的是密度大的星體由於體積太小沒有形成黑洞（簡而言之，中子星即質量沒有達到可以形成黑洞的恆星在壽命終結時塌縮形成的一種介於白矮星和黑洞之間的星體，其密度比地球上任何物質密度大相當多倍 ) 。然而黑洞非常龐大但結構卻非常簡單（質量，轉速和電荷）， 然而中子星給我們展現了宇宙中奧妙奇特以及複雜的一面。中子星質量很大，質量遠遠超過太陽，磁場比地球強 10 億倍。我們不了解如此高密度的中子星如何運作，也不知道中子星如何維持如此強大的磁場。但目前我們所了解的就是好幾對中子星有時候形成螺旋狀，從而產生大量的引力波信號，而恰恰是這引力波信號給我們打開了一扇門，讓我們更加清晰地了解到中子星的互動方式。

與黑洞不同的是，裸露的中子星會釋放光以及其他形式的射線輻射，中子星形成的合并過程會產生快速傳播的伽瑪射線或者 X 射線，同時也伴隨著微弱的餘輝，這些餘輝可能會在宇宙里存留幾天，甚至幾個星期。利用 LIGO 和 Virgo 探測器，我們可以在天空上大概定位中子星碰撞的位置。然後利用光學望遠鏡來尋找中子星碰撞時釋放出的放射性物質產生的微弱信號。同時觀察宇宙的引力波信號以及電磁信號可以幫助解開宇宙中的多重神秘面紗，比如高能量的射線（俗稱短伽瑪射線暴）的本質，重金屬的來源，其中包括地球上的大部分黃金。

引力波的發現也向我們展示了 " 核心坍塌 " 超新星爆炸的來龍去脈，超新星爆炸是由於大質量的恆星體內核內核能耗盡後發生大規模爆炸。由於爆炸的原理深藏於恆星體核心內部，因此天文物理學家對於超新星爆炸的理論眾說紛紜，暫無定論。而超新星爆炸產生的引力波會直接從星體的內部傳播到我們的引力波信號探測器。" 核心坍塌 " 的超新星爆炸非常罕見，據史料記載，最近一次這類超新星爆炸是發生在我們附近星系，時間是 1987。最早的一次是在 400 多年前。這麼說來，研究引力波的科學家們必須得有耐心和運氣。

從大範圍來看，中子星合并過程中產生的引力波給研究宇宙擴張提供了新的角度。目前我們對宇宙擴張的認識是源於宇宙大爆炸，以及依賴於對於遠星系的超新星的觀察，而且看不見的黑色能量也在加速宇宙的擴張。而引力波研究將給我們提供全面大量的信息，開啟對宇宙全新認識，比如研究引力波振幅強度可以預知星體碰撞的離地球的距離以及研究中子星合并產生的射線是如何進行延展，折射到地球的。這些信息可以進一步計算出宇宙擴張的速度，從而進一步了解驗證多種宇宙論模型。

進而，LIGO 以及 Virgo 探測器或許可以探測出環繞整個宇宙的微弱的引力波產生的聲效（宇宙的聲音）。引力波產生的細微的聲音正在不斷在空間上回蕩。很多理論假說預測宇宙里存在著無所不在的引力能（勢能），這種引力能（勢能）可能由天體事件累積而成，比如說黑洞合并，或者由宇宙大爆炸後出現的早期急速的宇宙膨脹所致。 如果宇宙里這種引力產生的聲波更強的話，這種聲音信號可能會被在普遍分體的探測器所捕獲 比如 LIGO 和 Virgo。如果可以成功測量這些引力波聲效，那將是人類太空探索的里程碑。

未來幾年，引力波研究的進度會受限於探測器的靈敏度。但隨著將來探測器靈敏度的提升，我們有可能通過其他信息源發掘宇宙星體天體事件。最終，隨著國際資金的大量投入，我們對宇宙的認識會更上一層樓，逐漸揭開神秘和罕見的宇宙信號的面紗。

LIGO 和 Virgo 探測器所謂豐功偉績，為人類探索宇宙打開新篇章，鑒於去年 9 月 14 號探測的引力波數據，我們可以發現這種信號是由兩個物體產生，物體的質量是太陽質量的 35 倍，而大小僅有瑞士土地面積大小。該物體以每秒 50 次的速度相互旋轉。這種轉動帶來的能量是巨大的驚人的，遠遠超過宇宙中所有星光產生的能量，而地球捕獲的信號卻極其微弱。隨著越來越多的引力波研究和發現，引力波的發現不再是爆炸性新聞，而是成為天文物理和宇宙學研究的必要渠道。宇宙里無形的空間的波動震動也會慢慢地幫助我們揭開宇宙的神秘面紗。

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