【博科園-科學科普】自從LIGO合作檢測到第一個直接引力波事件已經(jīng)不到兩年了,，這是由兩個黑洞在10億光年之外的合并造成的,。

兩個黑洞合并的概念圖，有吸積盤,。在這里物質(zhì)的密度和能量不足以產(chǎn)生伽馬射線或x射線爆發(fā),，但你永遠不知道自然會發(fā)生什么。圖片版權(quán)：NASA / Dana Berry (Skyworks Digital)

　　從那以后LIGO發(fā)現(xiàn)了更多的合并：更緊密的黑洞,，信號持續(xù)更長的時間,，黑洞甚至比第一次更少。但今年早些時候在漢福德,、佤族和利文斯頓的孿生探測器，在距離遙遠的地方還有第三個干涉儀：在意大利的室女座（VIRGO）探測器,。8月14日這三個引力波干涉儀的發(fā)現(xiàn)第一個信號（從宇宙到地球）每一個信號都被探測到,。有三個工作探測器同時觀察宇宙,，科學家們現(xiàn)在可以精確定位這些來源的位置。

三個檢測器中的噪聲 (頂部),、應(yīng)變 (中) 和重構(gòu)信號 (底部),。圖片版權(quán)：The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration

　　當有一個信號出現(xiàn)在一個探測器上，可以得到一個粗略估計它與地球的距離(有不確定性),，但是沒有關(guān)于它的方向的信息,。第二個檢測器不僅給出了另一個距離估計，而且兩個信號之間的時間差給了一些關(guān)于距離的信息,，允許將自己限制在天空中的“電弧”上,。但是第三個探測器有第三次時差，可以精確定位一個點,，盡管有很大的不確定性,。這就是“三角測量”這個詞的來源，因為你需要三個探測器來精確定位原點,，這正是處女座（VIRGO）能夠做到的,。

室女座（VIRGO）引力波探測器的鳥瞰圖，位于美國比薩斜塔(意大利)附近的凱薩納,。室女座是一個巨大的邁克爾遜激光干涉儀,，臂長3公里，并補充了雙胞胎4公里的LIGO探測器,。圖片版權(quán)：Nicola Baldocchi / Virgo Collaboration

　　非常令人印象深刻的是在LIGO探測器觀測到的信號之后,，室女座探測器的信號僅到達6毫秒。在這些探測器之間的很長的基線,，在美國和處女座在一個完全不同的大陸上,，在一個大洋上允許在信號的位置上有一個從未有過的狹窄的位置。

GW170814的國源在天空的定位,。圖中左邊的部分比較了不同分析選擇的天空區(qū)域,，因為它們最有可能包含了GW170814信號的來源，三個重疊區(qū)域給出了最可能的位置,。圖片版權(quán)：The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration

　　這為測量三維引力波偏振提供了第一個機會,，空間在兩個垂直方向伸展和收縮。有了三個探測器網(wǎng)絡(luò),，他們第一次能夠證實引力輻射的這一方面,。正如你所期望的那樣與廣義相對論的規(guī)定絕對是完美的。

這個圖顯示了LIGO和室女座的四個自信和一個候選(LVT151012)引力波信號的重建,，包括最近探測到的GW170814(在三個探測器中都觀察到),。圖片版權(quán)：LIGO/Virgo/B. Farr (University of Oregon)

　　信號在三個探測器之間的一致性以及儀器應(yīng)變的振幅，能告訴我們黑洞的質(zhì)量、周期和特性是什么,。這些第一次探測是絕對不可思議的,，但是從位置得到的額外信息將會將引力波觀測從一種觀察宇宙的新方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電磁天空相結(jié)合的方式。我們的望遠鏡在整個天空中都不夠好,，無法看到一個非常大的區(qū)域,，就像我們能夠從以前的事件中減少信號一樣。但如果能快速地知道引力波信號起源于哪里,，就可以突然尋找一個真正的光學對應(yīng)物,。

這個銀河系的三維投影到一個透明的全球顯示三個證實黑洞合并事件的可能位置觀察到兩個LIGO detectors-GW150914(深綠色)GW151226(藍色),GW170104(紅色),第四個確認檢測(GW170814,亮綠色,左下)被處女座和LIGO探測器觀測到。同樣顯示(在橙色)中,，更低的意義事件LVT151012,。圖片版權(quán)：LIGO/Virgo/Caltech/MIT/Leo Singer (Milky Way image: Axel Mellinger)

隨著LIGO和處女座（VIRGO）的改進，這些測量數(shù)據(jù)的不確定性將會下降,，這意味著這些引力波產(chǎn)生的區(qū)域?qū)p小,，并能更快地識別出這些引力波，從而更迅速地利用哈勃,、費米等望遠鏡以及未來的詹姆斯·韋伯(James Webb),。

有很多與這些合并相關(guān)的問題還沒有得到回答：

　　1、黑洞的合并是否包括吸積盤的電磁輻射?

　　2,、是否有合并的余輝,，就像伽馬射線爆發(fā)一樣?

　　3、如果有任何物質(zhì)加熱或被噴射是什么程度?

　　4,、合并的余波或前體的時間尺度是什么?

　　隨著越來越多的探測器出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上(比如日本的KAGRA或印度的下一個LIGO探測器),，隨著靈敏度的提高不僅可以期望看到更準確的合并，而且我們可以在更早的時間內(nèi)看到更大的頻率,，以及更低質(zhì)量的黑洞,。

LIGO和室女座（VIRGO）發(fā)現(xiàn)了一群新的黑洞，它們的質(zhì)量比光研究(紫色)要大得多,。這三種之前確認的LIGO檢測(GW150914,GW151226,GW170104),，加上一個較低可信度檢測(LVT151012)，以及第四次確認檢測(GW170814),，處女座和LIGO天文臺都觀察到了后者,。這些都指向一群恒星質(zhì)量的黑洞，它們一旦合并就會超過20倍的太陽質(zhì)量——比以前所知道的要大,。圖片版權(quán)：LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet)

　　這種類型的新知識不僅可以增進我們了解宇宙是如何工作的,，可以是一個靈感的源泉，當人類在全球范圍內(nèi)和在天文臺一起為了我們所有人的利益來實現(xiàn)更大的對宇宙的認識,，9月27日發(fā)布的公告是正式的：我們現(xiàn)在已經(jīng)看到了4個雙黑洞黑洞合并,，第一個在三個探測器上精確定位它的位置，第一次測量了一個引力波的3D偏振。隨著時間的推移可以期待更快的結(jié)果,，更好的信號以及在大規(guī)模范圍內(nèi)增加的事件數(shù)量,。一種新的天文學正在我們面前，人類將永遠不會以同樣的方式看待宇宙,。