中國科訊網(wǎng)消息：這張示意圖展示的是黑洞合并過程產(chǎn)生的時空漣漪——引力波，其正從合并發(fā)生區(qū)域向周圍空間傳播。此次LIGO探測到的黑洞合并事件牽涉到兩個質(zhì)量分別為14倍和8倍太陽質(zhì)量的黑洞，它們合并之后形成了一個質(zhì)量為21倍太陽質(zhì)量的新黑洞。

藝術(shù)示意圖：LIGO探測到兩個正在合并過程中的黑洞

LIGO已經(jīng)大大增加了已知質(zhì)量的黑洞數(shù)量。這一探測器已經(jīng)確鑿無疑地探測到了兩次引力波事件，對應(yīng)兩次獨立的黑洞合并事件（如圖所示，兩個較小質(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探測到的一次疑似事件，其由于信號太過微弱而未能得到確認

北京時間6月16日凌晨消息，6月16日凌晨1：15，正在美國圣迭戈參加再次召開的第228屆美國天文學(xué)會的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，報告他們再次探測到引力波信號的消息。這是14億年前兩個遙遠的黑洞相互合并過程所產(chǎn)生的時空擾動，該事件的漣漪穿越宇宙，被地球上的人們探測到。此番再次探測到引力波信號證明引力波信號的探測并非罕見事件，有理由預(yù)期未來還將有更多探測案例的出現(xiàn)，從而真正開啟一個嶄新的引力波天文學(xué)時代。

來自愛因斯坦的圣誕禮物

今日凌晨發(fā)布會現(xiàn)場發(fā)布的此次引力波事件的信號圖

再次探測到的引力波信號編號為GW151226，它是在2015年12月26日國際標(biāo)準(zhǔn)時03：38：53探測到的，信號顯示，兩個質(zhì)量分別為大約14倍和8倍太陽質(zhì)量的黑洞在合并之后形成了一個質(zhì)量約為21倍太陽質(zhì)量的黑洞，顯示有大約1倍太陽質(zhì)量的物質(zhì)被以引力波的形式釋放出去，項目研究人員稱這次的信號是“來自愛因斯坦的圣誕禮物”。

在發(fā)布會一開始就由美國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）開門見山地宣布了再次探測到引力波的消息。這是他們自從今年2月份宣布首次探測到引力波信號以來再次宣布探測到引力波信號。

什么是引力波？

引力波是時空的漣漪，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)由愛因斯坦預(yù)言，當(dāng)時愛因斯坦證明了加速下的大質(zhì)量物體將會扭曲時空，并產(chǎn)生從該源頭發(fā)出的時空漣漪。這種“漣漪”將以光速穿過宇宙，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，主要手段是通過引力波對銀河系中近距離繞轉(zhuǎn)天體運動產(chǎn)生的影響所開展的相關(guān)研究。這些間接研究的結(jié)果與愛因斯坦在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程完全符合愛因斯坦理論的計算結(jié)果。然而，從地球上直接探測引力波的信號盡管長期以來廣受科學(xué)界期待，但卻一直未能實現(xiàn)突破。之所以科學(xué)家們?nèi)绱似诖@項突破，是因為這將提供對于愛因斯坦廣義相對論新的，且更為直接的檢驗，并開啟人類研究宇宙的全新大門?？茖W(xué)家們希望他們能夠獲得更多的案例，從而能夠開展對黑洞合并頻率的研究，并幫助他們檢驗一些極端環(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：“我們的計劃并非僅僅是探測到首次引力波信號，也并非想要去證明愛因斯坦是正確的或是錯誤的，我們想要做的是創(chuàng)建一個天文臺。”她說：“此時此刻，我們才可以說，LIGO的目標(biāo)已經(jīng)真正達成了。”

這張圖展示的是LIGO兩次確認探測結(jié)果以及一次疑似結(jié)果的日期，后者由于信號太過微弱而未能得到確認。這三次事件編號和具體日期為：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個月的“先進LIGO”設(shè)施首次試運行階段探測到的

有關(guān)這項發(fā)現(xiàn)的論文已經(jīng)在《物理評論快報》上發(fā)表，這是LIGO的第二次引力波探測事件。與此同時項目組此前還曾經(jīng)遭遇到另外一次“疑似信號”，由于該信號太過微弱而無法確認。研究組已經(jīng)在今年2月份的那次發(fā)布會中介紹了有關(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探測到的引力波信號來自兩個互相繞轉(zhuǎn)并最終合并的黑洞。最上方演示的是這兩個黑洞的實際運行情況，下面分別展示LIGO探測器采集的到的引力波信號和頻率變化，可以看到頻率從最初的35Hz一路飆升到大約700Hz

兩次探測到的引力波信號有啥不一樣？質(zhì)量更小的黑洞

此次新發(fā)現(xiàn)的引力波信號源自大約14億年前的一次黑洞合并事件，兩個參與合并事件的黑洞質(zhì)量大約分別為14倍和8倍太陽質(zhì)量，它們不斷相互繞轉(zhuǎn)并最終合并。信號顯示這兩個黑洞合并之后形成了一個質(zhì)量約為21倍太陽質(zhì)量的新黑洞，這就意味著在一瞬間有大約和一個太陽質(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探測器在2015年12月26日探測到的引力波信號在天空中的大致來源方位。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，可見誤差率還是相當(dāng)大的。

截止目前，LIGO探測器探測到的兩次引力波信號大致來源方位示意圖。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信號（包括兩次確鑿的引力波信號探測和一次疑似信號探測結(jié)果）的可能信號源位置。兩次確認的引力波信號分別是GW150914（綠色）和GW151226（藍色），圖中第三個區(qū)域代表的則是一個疑似信號（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的第一次探測相比（當(dāng)時探測到的信號來自兩個大約30倍太陽質(zhì)量的黑洞），此次探測到的信號頻率更高并且持續(xù)的時間也更長。在首次引力波探測信號中，科學(xué)家們只觀測到兩個黑洞碰撞合并之前的最后一圈或是兩圈繞轉(zhuǎn)過程，而此次科學(xué)家們一共追蹤到兩個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愛因斯坦的廣義相對論并對黑洞的各項參數(shù)做更加精確的估算。”

此次，研究組同樣有機會對參與合并黑洞的自旋情況進行觀測，結(jié)果顯示至少那個質(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項目組成員，美國西北大學(xué)的維基·卡羅基拉表示：“如果光從首次引力波探測信號來看，參與合并的兩個黑洞似乎是不存在自旋的，那么從這個角度來說，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)家計劃用激光干涉的方法來尋找引力波時，很多研究者是極力反對的。反對者擔(dān)心這會讓大量資金打了水漂——建造這類探測器需要極大的投入，但可能什么都找不到。然而，美國國家科學(xué)基金會（NSF）最終于1990年批準(zhǔn)了激光干涉引力波天文臺（LIGO）的建造，并在1992年確定了兩座探測器的選址：華盛頓州的漢福德和路易斯安那州的利文斯頓。探測器的建設(shè)于1999年完工，并于2001年開始收集數(shù)據(jù)。然而，之后的9年內(nèi)，LIGO什么都沒有找到，而它也于2010年被關(guān)閉，等待升級重啟。

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

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

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

這樣的長度變化將是極其細微的——LIGO裝置必須能夠測出相當(dāng)于一個質(zhì)子直徑萬分之一不到的長度變化，才可能檢測到引力波信號。這臺價值10億美元，經(jīng)過技術(shù)改進之后的所謂“先進LIGO”實驗設(shè)施是此前較老版本的升級版。這一探測裝置的構(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團隊發(fā)現(xiàn)引力波的消息瞬間引爆了整個學(xué)界，并引發(fā)全球媒體的極大關(guān)注，同時也為研究團隊贏得了科維理天體物理學(xué)獎、科學(xué)突破大獎以及其他很多重要的科學(xué)獎項?；谀谴伟l(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表了數(shù)十篇科研論文，對首次引力波探測的方方面面進行了詳細的討論和分析，從信號探測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)生引力波信號的或許根本就不是黑洞，而是蟲洞等等。美國哥倫比亞大學(xué)的LIGO團隊成員薩布里克·瑪卡表示：“最有趣的工作是由LIGO項目組之外的科學(xué)家們完成的。”他說：“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LIGO設(shè)施進行技術(shù)升級工作的工程師

“先進LIGO”設(shè)施目前還僅僅是在升級之后完成了其首次試運行，該次試運行時期從去年9月份開始，一直持續(xù)到今年1月份。其探測器目前已經(jīng)處于停機升級狀態(tài)，預(yù)計將在今年7月份進行一次測試開機。如果一切順利，那么第二次試運行預(yù)計將從今年夏末開始，持續(xù)大約6個月。與此同時，研究組的科學(xué)家們繼續(xù)對首次試運行期間積累的大量研究數(shù)據(jù)進行分析。除了黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號之外，科學(xué)家們還希望未來能夠探測到中子星產(chǎn)生的引力波信號——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，理論上它們也會產(chǎn)生引力波信號。美國喬治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家，LIGO數(shù)據(jù)分析委員會主席勞拉·加多那提表示：“這不會像黑洞合并那樣是一類爆炸性的事件，它們產(chǎn)生的引力波會微弱的多。這將是一場長期的搜索，需要花費時間，目前我們?nèi)栽趯Υ苏归_嘗試。”

隨著研究組獲得的數(shù)據(jù)越來越多，他們希望能夠加深對于雙黑洞系統(tǒng)成因的理解，或許最大的可能性是：它們原本就存在于一個雙星系統(tǒng)中，當(dāng)兩顆恒星全都死亡之后，剩下的兩個黑洞就構(gòu)成了雙黑洞系統(tǒng)。另一種理論則認為雙黑洞系統(tǒng)產(chǎn)生于密集的星團之中，當(dāng)恒星死亡之后形成單個的黑洞，隨后在各自的引力作用下相互接近并成為雙黑洞系統(tǒng)?？_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的？或者說這兩種機制都存在？”

隨著LIGO發(fā)現(xiàn)越來越多的引力波事件案例，科學(xué)家們也將擁有更多樣本，用于對愛因斯坦的廣義相對論中所包含的相關(guān)預(yù)言進行更加精確的檢驗。盡管絕大多數(shù)科學(xué)家相信廣義相對論肯定將能夠順利通過任何檢測——畢竟此前已經(jīng)有那么多的檢驗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，因為這可能就意味著發(fā)現(xiàn)更深層次科學(xué)原理的機會，這或許將能夠幫助科學(xué)家們最終實現(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)任何與廣義相對論不符的情況。但如果我們開始觀測到任何不吻合，我們或許就將迎來超越廣義相對論的嶄新時代。”

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)將只不過是一個長期和高產(chǎn)科學(xué)實驗設(shè)施的“小試身手”。正如瑪卡所說的那樣：“為這個項目，科學(xué)家們已經(jīng)奮斗了三代人，未來還將至少有三代科學(xué)家繼續(xù)開展這項工作。我們正身處在這中間位置，真是美妙極了！”

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