不僅僅是黑洞——人類探測到第三次引力波事件

第三次黑洞合并事件模擬圖。LIGO

當兩個各自比太陽重幾十倍的恆星死魂靈——黑洞，在遙遠的宇宙一隅合二為一時，我們的太陽是昏暗的，火星的海浪拍打著岸邊的礁石，而地球仍是個不毛之地。

它們以每秒幾百次的高速迴旋著撞在一起，而它們各自的轉速比這還要快上至少10倍。

公元2017年1月4日，地球上的智慧生物聽到了來自深空的這一記雷鳴。它以光速從美國華盛頓州漢福德激光干涉引力波天文台的感測器上穿過。而在遠不足1秒鐘的時間間隔之後，位於路易斯安娜州里弗斯頓的LIGO第二感測器也感受到了這來自時空的同一波震蕩。

引力是四大基本作用力中最弱的一種。只有極端宇宙事件才能產生可供感知的引力波。而在大自然中，這樣的事件屈指可數，只有超新星爆發，以及中子星和黑洞的合并等寥寥幾種。即便引力波足夠強大，當它們到達太陽系時，也只會讓地球和太陽之間的時空，發生幅度僅有一個原子的扭曲。引力波探測儀，從某種意義上來說，有點像專門用來在宇宙引力之網上探測微小震動的地震儀。

LIGO接收到引力波後會發出一聲「啁啾」。這是因為如果把引力波信號曲線轉換成音頻，聽起來就如鳥鳴一般。

這已經是人類第三次探測到引力波。引力波是愛因斯坦在他的廣義相對論中作出的科學預言之一。

第三次黑洞合并事件模擬圖。LIGO

此次合并的兩個黑洞一個比太陽重19倍，一個比太陽重31倍。合并後形成了一個質量是太陽49倍的大黑洞。由於質能是可以互相轉化的，因此損失的質量便以引力波的形式在時空中四散而去。

而這兩個黑洞的特殊之處是，它們的自轉方向是相反的。根據這條線索，天文學家可以推斷出，它們的前身恆星或許來自一個密度很大的星團。

LIGO使天文學家對恆星級黑洞有了新認識。他們發現，由恆星變成的黑洞質量竟然可以如此之大。與此同時，人們也在了解黑洞的演化史方面獲得了新的啟示。也許中等質量和大質量黑洞都是通過這樣的合并過程產生的？星系中心的超大質量黑洞是否也有可能是這樣呢？

已知部分恆星級黑洞的質量分布。紫色是X射線研究觀測到的，藍色是LIGO引力波探測到的。LIGO

這次黑洞合并產生的引力波信號在宇宙中穿行了將近30億光年才到達地球。這表明這兩個黑洞和我們的距離比前兩次事件中的黑洞遠了兩倍。由於引力波不會衰減，因此它證明了愛因斯坦的又一個預言——引力波會以光速傳播。

LIGO及引力波探測技術的發展，為我們打開了一扇新的宇宙之窗。科學家因此得以有能力監聽宇宙的迴響，而不受常規望遠鏡能力極限的制約。它能夠讓我們對世間的一切有更加深入的了解，無論是那些最重的元素，還是引力的本質。

LIGO的下一個目標是探測中子星的合并。中子星是宇宙間密度僅次於黑洞的奇異天體，它們同樣也是恆星的屍骸，它們的密度相當於把太陽壓縮到一個直徑只有十幾公里的球體內。中子星的合并同樣會產生引力波，天文學家原本期望能夠通過常規方法首先發現這些中子星。現在看來，或許通過引力波探測更加方便一些。

如果運氣好的話，今年晚些時候就能探測到中子星合并事件。如果運氣不好，那麼就要指望LIGO在未來幾年內進行的再次升級。去年夏天完成的升級並未把LIGO的靈敏度提高到科學家期望的水準。

宇宙中的許多重元素，比如金元素，並非源自超新星爆發，而是中子星合并的產物。地球生物主要由碳和氫這些常規元素構成，而其它一些大原子核元素都是從這樣的奇異宇宙事件中誕生的。中子星合并能夠製造出的金元素質量總和相當於一個木星，只不過它們分散在各處。

LIGO可以探測到中子星合并事件，並引導天文學家把望遠鏡指向特定區域，用常規的觀測方式進行搜尋和定位。

有些物理學家也期待LIGO能夠讓我們進一步揭示引力的本質。比如有一種假說認為引力是由所謂的引力子負責傳遞的，引力的發生，或許就像光是由光子傳遞的一樣，當然引力子也應當是和光子一樣是沒有質量的。引力波探測的結果有助於從事該方面研究的物理學家框定引力子的大小——如果它確實存在的話。

也有物理學家認為引力波探測結果有助於人們發現愛因斯坦理論中的缺陷。相對論誕生於100年前，誕生在一個人類根本沒有能力對引力波進行探測的時代。但到目前為止還沒有證據顯示它存在任何缺陷。廣義相對論竟然如此完美。

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