這張示意圖展示的是黑洞合并過程形成的時空漣漪——引力波，其正從合并發(fā)生區(qū)域向周圍空間傳播。這次LIGO偵測到的黑洞合并風(fēng)波牽扯到兩個質(zhì)量分別為14倍和8倍太陽質(zhì)量的黑洞，它們合并以后產(chǎn)生了一個質(zhì)量為21倍太陽質(zhì)量的新黑洞
藝術(shù)示意圖：LIGO偵測到兩個正在合并過程中的黑洞
LIGO早已大大降低了已知質(zhì)量的黑洞數(shù)目。這一偵測器早已確鑿無疑地偵測到了兩次引力波風(fēng)波，對應(yīng)兩次獨(dú)立的黑洞合并風(fēng)波（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）。在每一次風(fēng)波中，LIGO都精確測定了參與風(fēng)波黑洞各自的質(zhì)量以及合并后黑洞的質(zhì)量。圖中實(shí)線標(biāo)出的是LIGO偵測到的一次疑似風(fēng)波，其因?yàn)橛嵦柼^微弱而無法得到確認(rèn)
新浪科技訊上海時間6月16日下午消息，6月16日下午1：15，正在日本舊金山出席再度舉辦的第228屆法國天文學(xué)會的LIGO科學(xué)合作組（LSC）和Virgo合作組的科學(xué)家召開新聞發(fā)布會，報(bào)告她們再度偵測到引力波訊號的消息。這是14億年前兩個遙遠(yuǎn)的黑洞互相合并過程所形成的時空擾動，該風(fēng)波的漣漪穿越宇宙，被月球上的人們偵測到。此番再度偵測到引力波訊號證明引力波訊號的偵測并非罕見風(fēng)波，有理由預(yù)期未來還將有更多偵測案例的出現(xiàn)，因而真正開啟一個嶄新的引力波天文學(xué)時代。
來自愛因斯坦的新年禮物
昨日下午發(fā)布會現(xiàn)場發(fā)布的這次引力波風(fēng)波的訊號圖
再度偵測到的引力波訊號編號為，它是在2015年12月26日國際標(biāo)準(zhǔn)時03：38：53偵測到的，訊號顯示，兩個質(zhì)量分別為大概14倍和8倍太陽質(zhì)量的黑洞在合并以后產(chǎn)生了一個質(zhì)量約為21倍太陽質(zhì)量的黑洞其實(shí) 物理學(xué)家探測引力波的嘗試，顯示有大概1倍太陽質(zhì)量的物質(zhì)被以引力波的方式釋放出去，項(xiàng)目研究人員稱此次的訊號是“來自愛因斯坦的新年禮物”。
在發(fā)布會一開始就由法國路易斯安那州立學(xué)院的LIGO科學(xué)合作組發(fā)言人加布艾拉·岡薩雷斯男士男士（González）開門見山地宣布了再度偵測到引力波的消息。這是她們自從去年2月份宣布首次偵測到引力波訊號以來再度宣布偵測到引力波訊號。點(diǎn)擊直接查看：人類首次偵測到引力波！愛因斯坦百年前預(yù)測否認(rèn)
哪些是引力波
引力波是時空的漣漪，它是由宇宙中的一些最為劇烈的風(fēng)波形成的，如大質(zhì)量致密天體的碰撞或合并風(fēng)波。引力波的存在早在1916年便早已由愛因斯坦預(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，并形成從該源頭發(fā)出的時空漣漪。這些“漣漪”將以光速穿過宇宙，攜帶著關(guān)于形成它們的那次災(zāi)難性風(fēng)波和引力本質(zhì)的珍稀信息。
在過去的數(shù)六年間，天文學(xué)家們早已找到大量證據(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(yùn)動形成的影響所舉辦的相關(guān)研究。這種間接研究的結(jié)果與愛因斯坦在100年前的預(yù)言吻合度相爭當(dāng)，如在考慮引力波帶走能量的情況然后，這類天體軌道的衰減過程完全符合愛因斯坦理論的估算結(jié)果。但是，從月球上直接偵測引力波的訊號雖然常年以來廣受科學(xué)界期盼，但卻始終無法實(shí)現(xiàn)突破。之所以科學(xué)家們這么期盼這項(xiàng)突破，是由于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(yàn)，并開啟人類研究宇宙的全新房門。科學(xué)家們希望她們才能獲得更多的案例，進(jìn)而才能舉辦對黑洞合并頻度的研究，并幫助她們檢驗(yàn)一些極端環(huán)境下數(shù)學(xué)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·岡薩雷斯男士表示：“我們的計(jì)劃并非僅僅是偵測到首次引力波訊號，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，我們才可以說其實(shí) 物理學(xué)家探測引力波的嘗試，LIGO的目標(biāo)已然真正達(dá)成了。”
這張圖展示的是LIGO兩次確認(rèn)偵測結(jié)果以及一次疑似結(jié)果的日期，前者因?yàn)橛嵦柼^微弱而無法得到確認(rèn)。這三次風(fēng)波編號和具體日期為：（Sept。14，2015），（Oct。12，2015）以及（Dec。26，2015）。所有三次風(fēng)波都是在為期4個月的“先進(jìn)LIGO”設(shè)施首次試運(yùn)行階段偵測到的
有關(guān)這項(xiàng)發(fā)覺的論文早已在《物理評論快報(bào)》上發(fā)表，這是LIGO的第二次引力波偵測風(fēng)波。與此同時項(xiàng)目組此前還以前遭受到另外一次“疑似訊號”，因?yàn)樵撚嵦柼^微弱而難以確認(rèn)。研究組早已在明年2月份的那次發(fā)布會中介紹了有關(guān)情況。田納西州立學(xué)院理論化學(xué)學(xué)家勞倫斯·克勞斯表示：“引力波偵測將讓我們得以窺見宇宙的黑暗一面。引力波天文學(xué)將成為21世紀(jì)的天文學(xué)。”
這次LIGO偵測到的引力波訊號來自兩個相互繞轉(zhuǎn)并最終合并的黑洞。最上方演示的是這兩個黑洞的實(shí)際運(yùn)行情況，下邊分別展示LIGO偵測器采集的到的引力波訊號和頻度變化，可以看見頻度從最初的35Hz一路攀升到大概700Hz
兩次偵測到的引力波訊號有啥不一樣？質(zhì)量更小的黑洞
這次新發(fā)覺的引力波訊號源自大概14億年前的一次黑洞合并風(fēng)波，兩個參與合并風(fēng)波的黑洞質(zhì)量大概分別為14倍和8倍太陽質(zhì)量，它們不斷互相繞轉(zhuǎn)并最終合并。訊號顯示這兩個黑洞合并以后產(chǎn)生了一個質(zhì)量約為21倍太陽質(zhì)量的新黑洞，這就意味著在剎那間有大概和一個太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)哪芰勘晦D(zhuǎn)化為引力波的方式釋放了出去。
這是南半球天空示意圖，標(biāo)出的位置是LIGO偵測器在2015年12月26日偵測到的引力波訊號在天空中的大致來源方位。不同的顏色腰線范圍代表可能性的高低：最內(nèi)側(cè)紅色腰線圈定的范圍代表大概90%置信度，內(nèi)部粉色線圈定的范圍代表的則是10%置信度水平，可見偏差率還是相當(dāng)大的
截至目前，LIGO偵測器偵測到的兩次引力波訊號大致來源方位示意圖。同樣的，不同的顏色腰線代表不同的置信度水平：最內(nèi)側(cè)紅色腰線圈定的范圍代表大概90%置信度，內(nèi)部粉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全部三次引力波偵測訊號（包括兩次確鑿的引力波訊號偵測和一次疑似訊號偵測結(jié)果）的可能訊號源位置。兩次確認(rèn)的引力波訊號分別是（紅色）和（紅色），圖中第三個區(qū)域代表的則是一個疑似訊號（，白色）。圖中不同顏色腰線區(qū)域代表不同的置信度水平：最內(nèi)側(cè)腰線代表大概90%置信度，最外側(cè)則代表大概10%置信水平
和LIGO的第一次偵測相比（當(dāng)時偵測到的訊號來自兩個大概30倍太陽質(zhì)量的黑洞），這次偵測到的訊號頻度更高而且持續(xù)的時間也更長。在首次引力波偵測訊號中，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，而這次科學(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：“這將讓我們能否更為精確地檢驗(yàn)愛因斯坦的廣義相對論并對黑洞的各項(xiàng)參數(shù)做愈發(fā)精確的計(jì)算。”
這次，研究組同樣有機(jī)會對參與合并黑洞的載流子情況進(jìn)行觀測，結(jié)果顯示起碼那種質(zhì)量較大的成員黑洞存在載流子，速度約為黑洞載流子理論最大速度的20%左右。LIGO項(xiàng)目組成員，日本東北學(xué)院的維基·卡羅基拉表示：“如果光從首次引力波偵測訊號來看，參與合并的兩個黑洞其實(shí)是不存在載流子的，這么從這個角度來說，這次屬于新發(fā)覺。”
關(guān)于LIGO你了解多少？
LIGO外形
LIGO
士郎省理工大學(xué)和加洲理工大學(xué)的科學(xué)家計(jì)劃用激光干涉的方式來找尋引力波時，好多研究者是竭力反對的。反對者害怕這會讓大量資金打了水漂——建造這類偵測器須要極大的投入，但可能哪些都找不到。可是，印度國家科學(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年確定了兩座偵測器的選址：芝加哥州的漢福德和路易斯安那州的利文斯頓。偵測器的建設(shè)于1999年竣工，并于2001年開始搜集數(shù)據(jù)。但是，以后的9年內(nèi)，LIGO哪些都沒有找到，而它也于2010年被關(guān)掉，等待升級重啟。
在2010年關(guān)掉并開始升級的LIGO最終于今年9月重啟。升級后的中級LIGO偵測引力波的能力大大提高，并在剛才開始運(yùn)行的階段就找到了來自兩個正在并合的黑洞所形成的引力波，給一個世紀(jì)之久的引力波搜救歷史畫上了完滿的句號。
明天中午發(fā)布會上宣布偵測到的引力波訊號實(shí)際是在2015年12月26日被偵測到的，當(dāng)時距離今年9月14日首次偵測到引力波訊號僅僅才過去了3個月左右。LIGO借助兩臺分別坐落路易斯安那和芝加哥州的偵測裝置捕捉到了穿過月球的時空漣漪。這兩臺偵測器都是巨大的L型結(jié)構(gòu)，身高有4公里長。科學(xué)家們讓激光在這種長臂內(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)，進(jìn)而檢測長臂所出現(xiàn)的任何非常細(xì)微的空間變化。
在正常情況下，兩條長臂應(yīng)當(dāng)是完全等長的，因而激光束在兩條長臂中傳播所耗費(fèi)的時間是一樣的。但是一旦有引力波穿過偵測器，在一個方向上的長臂寬度都會被壓縮，而在另一個方向上的長臂則會被拉伸，進(jìn)而造成兩束激光束傳播的時間寬度出現(xiàn)差別，當(dāng)它們反射回去并匯合時，才會出現(xiàn)干涉白色。
這樣的厚度變化將是非常細(xì)微的——LIGO裝置必須才能測出相當(dāng)于一個質(zhì)子半徑萬分之一不到的厚度變化，才可能測量到引力波訊號。這臺價(jià)值10億港元，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)以后的所謂“先進(jìn)LIGO”實(shí)驗(yàn)設(shè)施是此前較老版本的升級版。這一偵測裝置的設(shè)想最早在上世紀(jì)1960年代便早已出現(xiàn)了，最初版本的LIGO裝置在2002年建成并投入使用。
去年2月份LIGO團(tuán)隊(duì)發(fā)覺引力波的消息頓時引爆了整個學(xué)界，并引起全球媒體的極大關(guān)注，同時也為研究團(tuán)隊(duì)博得了科維理天體化學(xué)學(xué)獎、科學(xué)突破大獎以及其他好多重要的科學(xué)獎項(xiàng)。基于那次發(fā)覺早已發(fā)表了數(shù)十篇科研論文，對首次引力波偵測的方方面面進(jìn)行了詳盡的討論和剖析，從訊號偵測中可能包含的黑洞與暗物質(zhì)之間聯(lián)系的信息，再到懷疑形成引力波訊號的其實(shí)根本就不是黑洞，而是蟲洞等等。德國波蘭學(xué)院的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：“而這正是科學(xué)應(yīng)有的形式。”
引力波天文學(xué)的黎明
正在對LIGO設(shè)施進(jìn)行技術(shù)升級工作的工程師
“先進(jìn)LIGO”設(shè)施目前還僅僅是在升級以后完成了其首次試運(yùn)行，該次試運(yùn)行時期從今年9月份開始，仍然持續(xù)到明年1月份。其偵測器目前早已處于停機(jī)升級狀態(tài)，預(yù)計(jì)將在明年7月份進(jìn)行一次測試開機(jī)。倘若一切順利，這么第二次試運(yùn)行預(yù)計(jì)將從明年夏末開始，持續(xù)大概6個月。與此同時，研究組的科學(xué)家們繼續(xù)對首次試運(yùn)行期間積累的大量研究數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析。不僅黑洞合并形成的引力波訊號之外，科學(xué)家們還希望未來才能偵測到中子星形成的引力波訊號——后者是一類密度極高，容積很小的星體殘片，其中的質(zhì)子和電子在強(qiáng)悍壓力下被擠壓到一起成為中子。
若果兩顆中子星互相合并，理論上它們也會形成引力波訊號。英國弗吉尼亞理工大學(xué)的化學(xué)學(xué)家，LIGO數(shù)據(jù)剖析委員會主席勞拉·加多那提表示：“這不會像黑洞合并那樣是一類爆燃性的風(fēng)波，它們形成的引力波會微弱的多。這將是一場常年的搜索，須要耗費(fèi)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，她們希望還能加深對于雙黑洞系統(tǒng)動因的理解，其實(shí)最大的可能性是：它們本來就存在于一個雙星系統(tǒng)中，當(dāng)兩顆星體全都死亡以后，剩下的兩個黑洞就構(gòu)成了雙黑洞系統(tǒng)。另一種理論則覺得雙黑洞系統(tǒng)形成于密集的星團(tuán)之中，當(dāng)星體死亡以后產(chǎn)生單個的黑洞，此后在各自的引力作用下互相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——我們才能最終弄清楚雙黑洞系統(tǒng)到底是怎么產(chǎn)生的，這兩種理論到底哪一種是對的？或則說這兩種機(jī)制都存在？”
隨著LIGO發(fā)覺越來越多的引力波風(fēng)波案例，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(jìn)行愈發(fā)精確的檢驗(yàn)。雖然絕大多數(shù)科學(xué)家相信廣義相對論肯定將能否順利通過任何測量——畢竟此前早已有這么多的檢驗(yàn)都證明了它的正確性，而且科學(xué)家們還是十分希望能夠發(fā)覺與理論預(yù)言的任何偏離，由于這可能就意味著發(fā)覺更深層次科學(xué)原理的機(jī)會，這似乎將還能幫助科學(xué)家們最終實(shí)現(xiàn)引力與量子熱學(xué)之間的統(tǒng)一。加多那提表示：“到目前為止我們還仍未發(fā)覺任何與廣義相對論不符的情況。但假如我們開始觀測到任何不吻合，我們其實(shí)就將迎來趕超廣義相對論的嶄新時代。”
不管怎樣，科學(xué)家們還是希望LIGO早已取得的這兩次發(fā)覺將只不過是一個常年和高產(chǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的“小試身手”。正如瑪咖所說的那樣：“為這個項(xiàng)目，科學(xué)家們早已拼搏了三代人，未來還將起碼有三代科學(xué)家繼續(xù)舉辦這項(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，不僅德國和意大利的VIRGO，臺灣的KAGRA，還有計(jì)劃在美國修筑的第三個LIGO偵測器外，中國也提出了空間形意計(jì)劃偵測中低頻波段引力波和佛山學(xué)院發(fā)起的天琴計(jì)劃偵測引力波，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。（晨風(fēng)郭祎）