多虧了引力波！我們探測「黑洞合併」的能力可能會增加一千倍

宇宙中充滿了黑洞的合併，但在絕大多數情況下，這個產品太弱，我們無法探測到。然而，兩位物理學家認為，他們已經找到了一種方法，可以增強現有的引力波探測器的力量，來接收我們目前所忽略的遙遠的合併，從而釋放出關於黑洞本質和起源的新發現。

2015年，我們第一次探測到合併黑洞的引力波。碰撞在時空中造成了一個漩渦，它在宇宙中擴散，直到它輕微地震動了地球上的激光干涉引力波天文台(LIGO)，距離光源大約有10億光年。

這是十年來的發現之一，直到去年被合併的中子星所取代。在30個月里我們總共檢測到6個。所有這些都非常接近，從天文學上來說，就宇宙的大小而言，估計每200秒發生一次合併。

當黑洞合併時，它們會產生一組具有獨特頻率模式的波，莫納什大學的Eric Thrane博士說，它可以被轉換成聲波來產生一種特殊的聲音。然而，除非這一合併發生在宇宙學上，否則它們就會在宇宙的引力雜訊中迷失方向，就像試圖在一個由靜電控制的收音機里接收信號一樣。

通過這個類比，Thrane要求我們想像在一個電台的正常範圍之外聽廣播。他說:「你可能無法弄清楚這首歌是怎麼唱的，或者是那種類型的歌曲，但如果你聽的時間夠長，你就會挑出一些東西，即使你從來沒聽過完整的歌，也能把音樂的風格搞清楚。」「如果你的大腦能做到這一點，就必須有一個演算法，所以我們提出了一種統計上嚴格的方法來聽宇宙廣播。」

在給演算法提供足夠的測試數據後，Thrane和同事Rory Smith博士能夠檢測到模擬的合併，現在他們熱衷於將此應用到網路上的實際觀察中，用於接收我們已經找到的數據。

在物理評論X中，他們預測他們的新方法對遠距離的合併比現有的方法要敏感一千倍。

黑洞合併LIGO可以探測到的質量是太陽質量的幾倍到100倍太陽質量。更大的黑洞，如星系中心的黑洞，會在合併時產生更低的頻率，而對於現有的儀器來說，這一頻率太深，無法探測到。

我們仍然不知道這些事件的原因，Thrane和Smith補充說。大多數天文學家認為它們來自於非常大的雙星，其中第一個和另一個經歷了超新星爆炸，然後變成黑洞，這兩個星系相互環繞，直到它們的軌道衰變。

然而，另一種理論認為大多數的合併來自球狀星團，其中的恆星是如此緊密地聚集在一起，在大的恆星變成黑洞後，隨機運動就會產生碰撞。一個更奇特的理論是，原始黑洞在第一批恆星之前就存在，而這些黑洞有時會相互碰撞。

塔森和史密斯的工作可能會給我們一個足夠大的樣本，以確定這些過程中哪一個佔主導地位。他們計劃利用最近推出的OzStar超級計算機來實現這一目標，該超級計算機以圖形處理單元取代中央處理單元，這些應用程序的速度要快數百倍。

作者認為，對這項技術進行簡單的調整可以使其適用於發現更多的中子星碰撞。更進一步，他們希望它最終能幫助我們見證宇宙誕生時釋放的波。「儘管來自大爆炸的引力波會包括某些波長的宇宙，但光譜應該是非常寬的，」史密斯說。「我們可以肯定地說，當通貨膨脹結束時，它應該創造出一個廣泛的頻率範圍，包括我們能夠檢測到的範圍。」

就像Thrane和Smith說的，這是「發現的最神奇的東西之一」。

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