9月28日凌晨,美国 LIGO 引力波天文台和欧洲 Virgo 引力波天文台联合宣布,他们同时探测到了一束引力波。这是两家天文台首次共同探测到引力波,也是继人类首次探测到引力波后的又一个“令人激动的大发现”。
这次引力波的实际发现日期是今年的8月14日,位于美国华盛顿和路易斯安娜的LIGO引力波天文台以及意大利的Virgo引力波天文台,同时探测到了这一引力波。爱因斯坦在1916年提出了广义相对论,他认为质量所引发的时空扭曲是引力出现的原因,而且任何有质量的物体加速运动都会对周围的时空产生作用,这个作用就是以引力波的形式发生的。
之后的100年间,作为相对论中最核心的预言,引力波的探测被认为一项意义重大的物理学研究。但是要探测到引力波谈何容易,它虽然在宇宙中无处不在,却非常微弱,信号强烈的引力波只发生于超新星爆发、中子星与黑洞等天体相撞的情况下。直到2015年9月14日,人类才第一次探测到引力波,检测到的机构就是美国的 LIGO 天文台。
根据广义相对论,一对黑洞在相互绕转过程中通过引力波辐射而损失能量,逐渐靠近。两个黑洞的这一合并过程持要续数十亿年,直到最后几分钟才会出现快速演化,以几乎是二分之一光速的速度相撞,最后形成一个质量更大的黑洞。
合并产生的能量就会在最后时刻以引力波爆发的形式辐射出去。LIGO 首次探测到的就是两个黑洞合并产生的引力波,它的两个探测器都探测到了这一引力波瞬时事件,而两个相撞的巨大黑洞的质量分别是太阳的29倍和36倍,合并之后将形成一个62倍太阳质量的黑洞,该引力波事件被称为GW150914,距离地球约13亿光年。
2015年12月26日,距离首次探测到引力波信号3个月后,LIGO 的两个探测器就发现了新的引力波信号,这是人类第二次探测到时空的涟漪,这次的两个黑洞分别拥有 14.2 和 7.5 倍太阳质量,最后并合生成的黑洞有 20.8 倍太阳质量,这次探测所用的技术原理是“匹配滤波”,探测程序是用LVC开发的,可以实时处理数据,使得信号在到达探测器70秒后就被发现了。
今年1月4日,LIGO 第三次观测到了引力波,这次发现让科学家们进一步认识了黑洞的形成,在LIGO探测到引力波之前,业内从理论的角度计算认为,宇宙中很难产生高于20个太阳质量的黑洞,但是之前两次的探测打破了这一认识,在第三次探测中,LIGO又发现了49个太阳质量的黑洞,这也进一步确认了更高质量黑洞的存在,扩大了人类对于黑洞的认知。
而第四次发现引力波的意义同样重大,此次地球上有三台观测设备都观测到了信号,将信号来源的判定精度提高了20倍,未来借助三台设备的观测,科学家们还能更加精确地判断引力波的角度和方位。目前,这三座引力波天文台都已暂时停止运行,研究团队将进一步提升设施的观测精度,预计将在2018年秋季重新开机,今后引力波检测的频率有望更加密集。
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