LIGO探測到第三次引力波 是前兩次黑洞併合事件兩倍遠

大約30億年前，一對互相繞轉的黑洞相撞，併合產生了一個約49倍太陽質量的黑洞。該碰撞釋放出的強烈引力波信號於美國東部時間2017年1月4日上午5點12分的幾秒之前抵達地球，並且被地面上LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，激光干涉引力波天文台）位於華盛頓的Hanford和路易斯安那的Livingston的兩個探測器同時探測到。

這次的引力波事件根據日期被命名為GW170104，它是LIGO探測到的第三次引力波事件。這場黑洞的併合事件發生在距離我們30億光年的地方，是前兩次觀測到的黑洞併合事件的兩倍遠。

包括NASA科學家在內的國際研究團體「LIGO科學合作組織（LSC）」在6月1日發表在《物理評論快報》的一篇在線文章中公布了這一發現。

「在LIGO探測到此次的黑洞之前，我們並不知道有高於20倍太陽質量的恆星級質量黑洞的存在，而這次的發現讓我們進一步證實它們確實是存在的。」 麻省理工學院教授、LSC發言人David Shoemaker稱，「在距離我們數十億光年的宇宙深處，這些發生在數十億年前的奇特事件可以被人們整理成一個故事，並且去檢驗它，這是十分了不起的。」

上面的視頻展示了類似於GW170104的引力波事件中，兩個質量相近的黑洞（圖中黑色球體）繞轉到一起併合時釋放出的引力波。黑洞附近的黃色結構展示了該區域強烈的時空彎曲。橘色的漣漪代表了大質量物體繞軌道快速運行造成的時空畸變。這些畸變向周圍擴散並不斷減弱，最終形成了引力波（紫色部分）。該模擬在NASA的Ames研究中心的昴星團超級計算機（Pleiades supercomputer）上進行。圖片來源：NASA，Bernard J. Kelly（戈達德太空飛行中心，馬里蘭大學巴爾的摩分校），Chris Henze（Ames研究中心），Tim Sandstrom（CSC公司）

在2015年的9月和12月，LIGO探測到第一次黑洞併合事件。在這三次事件中，黑洞併合的一瞬間以引力波形式釋放出的能量要比整個可觀測宇宙中任一時刻所有恆星以光的形式釋放的能量總和還要多。

「在LIGO的成功觀測之前，我們對於宇宙的一切了解都藉助於光，」阿拉巴馬州馬歇爾太空飛行中心LIGO研究小組的項目負責人Tyson Littenberg表示，「而如今，引力波觀測成為了我們研究宇宙中奇異物體和劇烈事件又一至關重要的手段。」

Tyson Littenberg對該項目的貢獻推動了信號處理技術登峰造極。他所在的團隊研發了一套複雜的演算法，來準確解析幾乎不可測量的信號——尺度比原子核還要小1000倍的擾動。他還協助開發並運行大規模的數值模擬，以確定LIGO對不同引力波信號的靈敏度。

Tyson Littenberg稱：「LIGO的成功離不開全球各地一千多位科學家和工程師的努力和堅定支持。無論是在科學上還是技術上，引力波探測都是一項極具挑戰性的工作，並且我們才剛剛開始從中獲益。」

NASA研究者對利用軌道天文台探測併合活動產生的高能光線同樣十分感興趣。結合并合事件產生的引力波信號和X射線或伽馬射線信號，將提供給科學家們有關這些事件的最大量的信息。雖然通常認為雙黑洞系統的併合不產生電磁信號，但理論家已經提出了某些可以產生電磁信號的奇特系統。並且，當黑洞與其他類型天體，如中子星併合時，會產生高能耀斑。

LIGO所發現的黑洞質量比僅用X射線的研究所探測到的黑洞（紫色）質量大得多。LIGO已確認的三次引力波事件（GW150914, GW151226和GW170104）以及一次較低置信度的探測(疑似引力波事件LVT151012)均表明，恆星級質量的雙黑洞系統一旦併合，其併合形成的黑洞的質量大於20倍太陽質量。圖片來源：LIGO/加州理工學院/索諾馬州(Aurore Simonnet)

NASA戈達德太空飛行中心LIGO研究小組的博士後研究員Tito Dal Canton稱：「我們正在不斷改良技術，以縮小尋找與引力波事件相關的耀斑所需的航天器搜索的天空範圍。」Tito Dal Canton幫助研發了用來從此次事件中證認引力波信號的演算法。

天文學家需要結合地基和空間天文台以充分利用引力波這個新的觀測宇宙的窗口。NASA正與ESA（歐洲航天局）緊力合作，發展引力波空間探測。並且NASA也曾為ESA的「LISA探路者」探測器任務貢獻一臂之力，該探測器具備引力波空間探測所需的關鍵技術。

「LIGO正在揭開一些恆星級質量黑洞的神秘面紗，這些黑洞比之前所探測到的黑洞質量要大得多。」戈達德太空飛行中心LIGO研究團隊的主研究員Jordan Camp稱，「然而未知的是，這些質量更大的黑洞是如何形成的，並且這些黑洞之間為何會運行到如此之近，使我們可以頻繁地探測到黑洞的併合活動。」

LIGO由國家科學基金會（NSF）資助，由麻省理工學院和加州理工學院管理，是他們構思並建造了該工程。 aLIGO(advanced LIGO)項目的財務支持由NSF領導，德國（馬克斯?普朗克科學促進協會）、英國（科技設備委員會）和澳大利亞（澳大利亞研究委員會）均對該項目做出了重大承諾和貢獻。 來自世界各地的1000多名科學家通過包括GEO協作在內的LIGO科學協作組織（LSC）參與了這項工作。 LIGO與包含280多位歐洲科學家的Virgo（室女座引力波探測器）科學組織合作，該合作由法國國家科研中心（CNRS）、義大利國家核物理研究院（INFN）、荷蘭全國核物理和高能物理研究所（Nikhef），以及Virgo的主辦機構歐洲引力波天文台支持。

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