中國(guó)科訊網(wǎng)消息：這張示意圖展示的是黑洞合并過(guò)程產(chǎn)生的時(shí)空漣漪——引力波，其正從合并發(fā)生區(qū)域向周?chē)臻g傳播。此次LIGO探測(cè)到的黑洞合并事件牽涉到兩個(gè)質(zhì)量分別為14倍和8倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，它們合并之后形成了一個(gè)質(zhì)量為21倍太陽(yáng)質(zhì)量的新黑洞。

藝術(shù)示意圖：LIGO探測(cè)到兩個(gè)正在合并過(guò)程中的黑洞

LIGO已經(jīng)大大增加了已知質(zhì)量的黑洞數(shù)量。這一探測(cè)器已經(jīng)確鑿無(wú)疑地探測(cè)到了兩次引力波事件，對(duì)應(yīng)兩次獨(dú)立的黑洞合并事件（如圖所示，兩個(gè)較小質(zhì)量的黑洞合并成為較大質(zhì)量的黑洞）。在每一次事件中，LIGO都精確測(cè)定了參與事件黑洞各自的質(zhì)量以及合并后黑洞的質(zhì)量。圖中虛線標(biāo)出的是LIGO探測(cè)到的一次疑似事件，其由于信號(hào)太過(guò)微弱而未能得到確認(rèn)

北京時(shí)間6月16日凌晨消息，6月16日凌晨1：15，正在美國(guó)圣迭戈參加再次召開(kāi)的第228屆美國(guó)天文學(xué)會(huì)的LIGO科學(xué)合作組（LSC）和Virgo合作組的科學(xué)家舉行新聞發(fā)布會(huì)，報(bào)告他們?cè)俅翁綔y(cè)到引力波信號(hào)的消息。這是14億年前兩個(gè)遙遠(yuǎn)的黑洞相互合并過(guò)程所產(chǎn)生的時(shí)空擾動(dòng)，該事件的漣漪穿越宇宙，被地球上的人們探測(cè)到。此番再次探測(cè)到引力波信號(hào)證明引力波信號(hào)的探測(cè)并非罕見(jiàn)事件，有理由預(yù)期未來(lái)還將有更多探測(cè)案例的出現(xiàn)，從而真正開(kāi)啟一個(gè)嶄新的引力波天文學(xué)時(shí)代。

來(lái)自愛(ài)因斯坦的圣誕禮物

今日凌晨發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布的此次引力波事件的信號(hào)圖

再次探測(cè)到的引力波信號(hào)編號(hào)為GW151226，它是在2015年12月26日國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)03：38：53探測(cè)到的，信號(hào)顯示，兩個(gè)質(zhì)量分別為大約14倍和8倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞在合并之后形成了一個(gè)質(zhì)量約為21倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，顯示有大約1倍太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)被以引力波的形式釋放出去，項(xiàng)目研究人員稱這次的信號(hào)是“來(lái)自愛(ài)因斯坦的圣誕禮物”。

在發(fā)布會(huì)一開(kāi)始就由美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)的LIGO科學(xué)合作組發(fā)言人加布艾拉·岡薩雷斯女士女士（Gabriela González）開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地宣布了再次探測(cè)到引力波的消息。這是他們自從今年2月份宣布首次探測(cè)到引力波信號(hào)以來(lái)再次宣布探測(cè)到引力波信號(hào)。

什么是引力波？

引力波是時(shí)空的漣漪，它是由宇宙中的一些最為劇烈的事件產(chǎn)生的，如大質(zhì)量致密天體的碰撞或合并事件。引力波的存在早在1916年便已經(jīng)由愛(ài)因斯坦預(yù)言，當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦證明了加速下的大質(zhì)量物體將會(huì)扭曲時(shí)空，并產(chǎn)生從該源頭發(fā)出的時(shí)空漣漪。這種“漣漪”將以光速穿過(guò)宇宙，攜帶著關(guān)于產(chǎn)生它們的那次災(zāi)難性事件和引力本質(zhì)的珍貴信息。

在過(guò)去的數(shù)十年間，天文學(xué)家們已經(jīng)找到大量證據(jù)證明引力波的存在，主要手段是通過(guò)引力波對(duì)銀河系中近距離繞轉(zhuǎn)天體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響所開(kāi)展的相關(guān)研究。這些間接研究的結(jié)果與愛(ài)因斯坦在100年前的預(yù)言吻合度相當(dāng)好，如在考慮引力波帶走能量的情況之后，這類天體軌道的衰減過(guò)程完全符合愛(ài)因斯坦理論的計(jì)算結(jié)果。然而，從地球上直接探測(cè)引力波的信號(hào)盡管長(zhǎng)期以來(lái)廣受科學(xué)界期待，但卻一直未能實(shí)現(xiàn)突破。之所以科學(xué)家們?nèi)绱似诖@項(xiàng)突破，是因?yàn)檫@將提供對(duì)于愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論新的，且更為直接的檢驗(yàn)，并開(kāi)啟人類研究宇宙的全新大門(mén)。科學(xué)家們希望他們能夠獲得更多的案例，從而能夠開(kāi)展對(duì)黑洞合并頻率的研究，并幫助他們檢驗(yàn)一些極端環(huán)境下物理理論的正確性，甚至可能引出更加深層的自然本質(zhì)理論。

LIGO科學(xué)合作組發(fā)言人加布艾拉·岡薩雷斯女士表示：“我們的計(jì)劃并非僅僅是探測(cè)到首次引力波信號(hào)，也并非想要去證明愛(ài)因斯坦是正確的或是錯(cuò)誤的，我們想要做的是創(chuàng)建一個(gè)天文臺(tái)。”她說(shuō)：“此時(shí)此刻，我們才可以說(shuō)，LIGO的目標(biāo)已經(jīng)真正達(dá)成了。”

這張圖展示的是LIGO兩次確認(rèn)探測(cè)結(jié)果以及一次疑似結(jié)果的日期，后者由于信號(hào)太過(guò)微弱而未能得到確認(rèn)。這三次事件編號(hào)和具體日期為：GW150914 （Sept。14，2015），LVT151012 （Oct。12，2015）以及GW151226 （Dec。26，2015）。所有三次事件都是在為期4個(gè)月的“先進(jìn)LIGO”設(shè)施首次試運(yùn)行階段探測(cè)到的

有關(guān)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的論文已經(jīng)在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表，這是LIGO的第二次引力波探測(cè)事件。與此同時(shí)項(xiàng)目組此前還曾經(jīng)遭遇到另外一次“疑似信號(hào)”，由于該信號(hào)太過(guò)微弱而無(wú)法確認(rèn)。研究組已經(jīng)在今年2月份的那次發(fā)布會(huì)中介紹了有關(guān)情況。亞利桑那州立大學(xué)理論物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯表示：“引力波探測(cè)將讓我們得以窺探宇宙的黑暗一面。引力波天文學(xué)將成為21世紀(jì)的天文學(xué)。”

此次LIGO探測(cè)到的引力波信號(hào)來(lái)自兩個(gè)互相繞轉(zhuǎn)并最終合并的黑洞。最上方演示的是這兩個(gè)黑洞的實(shí)際運(yùn)行情況，下面分別展示LIGO探測(cè)器采集的到的引力波信號(hào)和頻率變化，可以看到頻率從最初的35Hz一路飆升到大約700Hz

兩次探測(cè)到的引力波信號(hào)有啥不一樣？質(zhì)量更小的黑洞

此次新發(fā)現(xiàn)的引力波信號(hào)源自大約14億年前的一次黑洞合并事件，兩個(gè)參與合并事件的黑洞質(zhì)量大約分別為14倍和8倍太陽(yáng)質(zhì)量，它們不斷相互繞轉(zhuǎn)并最終合并。信號(hào)顯示這兩個(gè)黑洞合并之后形成了一個(gè)質(zhì)量約為21倍太陽(yáng)質(zhì)量的新黑洞，這就意味著在一瞬間有大約和一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量相當(dāng)?shù)哪芰勘晦D(zhuǎn)化為引力波的形式釋放了出去。

這是南半球天空示意圖，標(biāo)出的位置是LIGO探測(cè)器在2015年12月26日探測(cè)到的引力波信號(hào)在天空中的大致來(lái)源方位。不同的顏色線條范圍代表可能性的高低：最外側(cè)紫色線條圈定的范圍代表大約90%置信度，內(nèi)部黃色線圈定的范圍代表的則是10%置信度水平，可見(jiàn)誤差率還是相當(dāng)大的。

截止目前，LIGO探測(cè)器探測(cè)到的兩次引力波信號(hào)大致來(lái)源方位示意圖。同樣的，不同的顏色線條代表不同的置信度水平：最外側(cè)紫色線條圈定的范圍代表大約90%置信度，內(nèi)部黃色線圈定的范圍代表的則是10%置信度水平。

這一三維投影地圖展示的是LIGO全部三次引力波探測(cè)信號(hào)（包括兩次確鑿的引力波信號(hào)探測(cè)和一次疑似信號(hào)探測(cè)結(jié)果）的可能信號(hào)源位置。兩次確認(rèn)的引力波信號(hào)分別是GW150914（綠色）和GW151226（藍(lán)色），圖中第三個(gè)區(qū)域代表的則是一個(gè)疑似信號(hào)（LVT151012，紅色）。圖中不同顏色線條區(qū)域代表不同的置信度水平：最外側(cè)線條代表大約90%置信度，最內(nèi)側(cè)則代表大約10%置信水平

和LIGO的第一次探測(cè)相比（當(dāng)時(shí)探測(cè)到的信號(hào)來(lái)自兩個(gè)大約30倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞），此次探測(cè)到的信號(hào)頻率更高并且持續(xù)的時(shí)間也更長(zhǎng)。在首次引力波探測(cè)信號(hào)中，科學(xué)家們只觀測(cè)到兩個(gè)黑洞碰撞合并之前的最后一圈或是兩圈繞轉(zhuǎn)過(guò)程，而此次科學(xué)家們一共追蹤到兩個(gè)黑洞合并之前的最后27圈相互繞轉(zhuǎn)。岡薩雷斯表示：“這將讓我們能夠更為精確地檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論并對(duì)黑洞的各項(xiàng)參數(shù)做更加精確的估算。”

此次，研究組同樣有機(jī)會(huì)對(duì)參與合并黑洞的自旋情況進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果顯示至少那個(gè)質(zhì)量較大的成員黑洞存在自旋，速率約為黑洞自旋理論最大速率的20%左右。LIGO項(xiàng)目組成員，美國(guó)西北大學(xué)的維基·卡羅基拉表示：“如果光從首次引力波探測(cè)信號(hào)來(lái)看，參與合并的兩個(gè)黑洞似乎是不存在自旋的，那么從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，此次屬于新發(fā)現(xiàn)。”

關(guān)于LIGO 你了解多少？

LIGO外觀

LIGO Laboratory

當(dāng)麻省理工學(xué)院和加州理工學(xué)院的科學(xué)家計(jì)劃用激光干涉的方法來(lái)尋找引力波時(shí)，很多研究者是極力反對(duì)的。反對(duì)者擔(dān)心這會(huì)讓大量資金打了水漂——建造這類探測(cè)器需要極大的投入，但可能什么都找不到。然而，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）最終于1990年批準(zhǔn)了激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）的建造，并在1992年確定了兩座探測(cè)器的選址：華盛頓州的漢福德和路易斯安那州的利文斯頓。探測(cè)器的建設(shè)于1999年完工，并于2001年開(kāi)始收集數(shù)據(jù)。然而，之后的9年內(nèi)，LIGO什么都沒(méi)有找到，而它也于2010年被關(guān)閉，等待升級(jí)重啟。

在2010年關(guān)閉并開(kāi)始升級(jí)的LIGO最終于去年9月重啟。升級(jí)后的高級(jí)LIGO探測(cè)引力波的能力大大提升，并在剛剛開(kāi)始運(yùn)行的階段就找到了來(lái)自兩個(gè)正在并合的黑洞所產(chǎn)生的引力波，給一個(gè)世紀(jì)之久的引力波搜尋歷史畫(huà)上了圓滿的句號(hào)。

今天凌晨發(fā)布會(huì)上宣布探測(cè)到的引力波信號(hào)實(shí)際是在2015年12月26日被探測(cè)到的，當(dāng)時(shí)距離去年9月14日首次探測(cè)到引力波信號(hào)僅僅才過(guò)去了3個(gè)月左右。LIGO利用兩臺(tái)分別位于路易斯安那和華盛頓州的探測(cè)裝置捕捉到了穿過(guò)地球的時(shí)空漣漪。這兩臺(tái)探測(cè)器都是巨大的L型結(jié)構(gòu)，臂展有4公里長(zhǎng)?？茖W(xué)家們讓激光在這些長(zhǎng)臂內(nèi)部的反射鏡上來(lái)回反射并精確測(cè)定來(lái)自兩個(gè)長(zhǎng)臂的反射激光之間的干涉效應(yīng)，從而測(cè)量長(zhǎng)臂所出現(xiàn)的任何極其細(xì)微的空間變化。

在正常情況下，兩條長(zhǎng)臂應(yīng)該是完全等長(zhǎng)的，因此激光束在兩條長(zhǎng)臂中傳播所花費(fèi)的時(shí)間是一樣的。然而一旦有引力波穿過(guò)探測(cè)器，在一個(gè)方向上的長(zhǎng)臂長(zhǎng)度就會(huì)被壓縮，而在另一個(gè)方向上的長(zhǎng)臂則會(huì)被拉伸，從而導(dǎo)致兩束激光束傳播的時(shí)間長(zhǎng)度出現(xiàn)差異， 當(dāng)它們反射回來(lái)并匯合時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。

這樣的長(zhǎng)度變化將是極其細(xì)微的——LIGO裝置必須能夠測(cè)出相當(dāng)于一個(gè)質(zhì)子直徑萬(wàn)分之一不到的長(zhǎng)度變化，才可能檢測(cè)到引力波信號(hào)。這臺(tái)價(jià)值10億美元，經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)之后的所謂“先進(jìn)LIGO”實(shí)驗(yàn)設(shè)施是此前較老版本的升級(jí)版。這一探測(cè)裝置的構(gòu)想最早在上世紀(jì)1960年代便已經(jīng)出現(xiàn)了，最初版本的LIGO裝置在2002年建成并投入使用。

今年2月份LIGO團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)引力波的消息瞬間引爆了整個(gè)學(xué)界，并引發(fā)全球媒體的極大關(guān)注，同時(shí)也為研究團(tuán)隊(duì)贏得了科維理天體物理學(xué)獎(jiǎng)、科學(xué)突破大獎(jiǎng)以及其他很多重要的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。基于那次發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表了數(shù)十篇科研論文，對(duì)首次引力波探測(cè)的方方面面進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析，從信號(hào)探測(cè)中可能包含的黑洞與暗物質(zhì)之間聯(lián)系的信息，再到懷疑產(chǎn)生引力波信號(hào)的或許根本就不是黑洞，而是蟲(chóng)洞等等。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的LIGO團(tuán)隊(duì)成員薩布里克·瑪卡表示：“最有趣的工作是由LIGO項(xiàng)目組之外的科學(xué)家們完成的。”他說(shuō)：“而這正是科學(xué)應(yīng)有的方式。”

引力波天文學(xué)的黎明

正在對(duì)LIGO設(shè)施進(jìn)行技術(shù)升級(jí)工作的工程師

“先進(jìn)LIGO”設(shè)施目前還僅僅是在升級(jí)之后完成了其首次試運(yùn)行，該次試運(yùn)行時(shí)期從去年9月份開(kāi)始，一直持續(xù)到今年1月份。其探測(cè)器目前已經(jīng)處于停機(jī)升級(jí)狀態(tài)，預(yù)計(jì)將在今年7月份進(jìn)行一次測(cè)試開(kāi)機(jī)。如果一切順利，那么第二次試運(yùn)行預(yù)計(jì)將從今年夏末開(kāi)始，持續(xù)大約6個(gè)月。與此同時(shí)，研究組的科學(xué)家們繼續(xù)對(duì)首次試運(yùn)行期間積累的大量研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。除了黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)之外，科學(xué)家們還希望未來(lái)能夠探測(cè)到中子星產(chǎn)生的引力波信號(hào)——后者是一類密度極高，體積很小的恒星殘骸，其中的質(zhì)子和電子在 強(qiáng)大壓力下被擠壓到一起成為中子。

如果兩顆中子星相互合并，理論上它們也會(huì)產(chǎn)生引力波信號(hào)。美國(guó)喬治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家，LIGO數(shù)據(jù)分析委員會(huì)主席勞拉·加多那提表示：“這不會(huì)像黑洞合并那樣是一類爆炸性的事件，它們產(chǎn)生的引力波會(huì)微弱的多。這將是一場(chǎng)長(zhǎng)期的搜索，需要花費(fèi)時(shí)間，目前我們?nèi)栽趯?duì)此展開(kāi)嘗試。”

隨著研究組獲得的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，他們希望能夠加深對(duì)于雙黑洞系統(tǒng)成因的理解，或許最大的可能性是：它們?cè)揪痛嬖谟谝粋€(gè)雙星系統(tǒng)中，當(dāng)兩顆恒星全都死亡之后，剩下的兩個(gè)黑洞就構(gòu)成了雙黑洞系統(tǒng)。另一種理論則認(rèn)為雙黑洞系統(tǒng)產(chǎn)生于密集的星團(tuán)之中，當(dāng)恒星死亡之后形成單個(gè)的黑洞，隨后在各自的引力作用下相互接近并成為雙黑洞系統(tǒng)。卡羅基拉表示：“這是我主要的興趣所在——我們能夠最終弄清楚雙黑洞系統(tǒng)究竟是如何形成的，這兩種理論究竟哪一種是對(duì)的？或者說(shuō)這兩種機(jī)制都存在？”

隨著LIGO發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的引力波事件案例，科學(xué)家們也將擁有更多樣本，用于對(duì)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中所包含的相關(guān)預(yù)言進(jìn)行更加精確的檢驗(yàn)。盡管絕大多數(shù)科學(xué)家相信廣義相對(duì)論肯定將能夠順利通過(guò)任何檢測(cè)——畢竟此前已經(jīng)有那么多的檢驗(yàn)都證明了它的正確性，但是科學(xué)家們還是非常希望能夠發(fā)現(xiàn)與理論預(yù)言的任何偏離，因?yàn)檫@可能就意味著發(fā)現(xiàn)更深層次科學(xué)原理的機(jī)會(huì)，這或許將能夠幫助科學(xué)家們最終實(shí)現(xiàn)引力與量子力學(xué)之間的統(tǒng)一。加多那提表示：“到目前為止我們還尚未發(fā)現(xiàn)任何與廣義相對(duì)論不符的情況。但如果我們開(kāi)始觀測(cè)到任何不吻合，我們或許就將迎來(lái)超越廣義相對(duì)論的嶄新時(shí)代。”

不管如何，科學(xué)家們還是希望LIGO已經(jīng)取得的這兩次發(fā)現(xiàn)將只不過(guò)是一個(gè)長(zhǎng)期和高產(chǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的“小試身手”。正如瑪卡所說(shuō)的那樣：“為這個(gè)項(xiàng)目，科學(xué)家們已經(jīng)奮斗了三代人，未來(lái)還將至少有三代科學(xué)家繼續(xù)開(kāi)展這項(xiàng)工作。我們正身處在這中間位置，真是美妙極了！”

最后要提一句，除了意大利和法國(guó)的VIRGO，日本的KAGRA，還有計(jì)劃在印度修建的第三個(gè)LIGO探測(cè)器外，中國(guó)也提出了空間太極計(jì)劃 探測(cè)中低頻波段引力波和中山大學(xué)發(fā)起的天琴計(jì)劃探測(cè)引力波，越來(lái)越多的國(guó)家和科學(xué)家正在共同參與到引力波的研究中來(lái)。