LIGO 发现第三次黑洞合并

当先进激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到引力波（来自 13 亿光年外的黑洞合并）时，全世界的科学爱好者都为这一发现而欢呼雀跃。一举之下，LIGO 证明了引力波的存在，首次直接观测到黑洞，并证实了爱因斯坦的广义相对论。现在，LIGO 已经捕捉到第三个黑洞合并，证明了除了最初的突破性发现之外，该天文台正在成为一台黑洞望远镜：最新发现证明了一种新型黑洞的存在，并为这些系统如何形成的问题增加了一块拼图。

两个黑洞组成了一个双星系统，其质量几乎是太阳的 50 倍，它们相互旋转，速度越来越快，直到最终合并在一起。在短短三分之一秒内，碰撞就将质量为太阳两倍的物质从物质转化为能量。

合并并没有将能量以光的形式释放出来，而是将其转化为引力波。换句话说，能量扭曲了时空的结构，这种变形在时空中传播，就像涟漪在池塘中移动一样。

1 月 4 日，这些引力波穿越 30 亿光年到达地球。华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的 LIGO 探测器都接收到了该信号，编号为 GW170104。这使得这次碰撞成为 LIGO 探测到的第三次黑洞合并，也是最强大的一次。

加州理工学院的 LIGO 汉福德天文台负责人迈克尔·兰德里在新闻发布会上表示：“这是人类见证的最强大的天文事件。”

基于信号 GW170104，一个由 1,000 多名科学家组成的团队已经对黑洞及其形成有了新的认识。他们的研究成果发表在《物理评论快报》上。

首先，此次合并展示了双星系统在两部分合并之前是如何旋转的。在这些系统中，除了相互绕转之外，每个黑洞还绕着自己的轴旋转。对于天体物理学家来说，问题是：单个黑洞的旋转方向与它们绕转的方向是否相同？最新观测的引力波指纹表明它们是相同的。

“我们新的 LIGO 测量结果支持这样一种情况，即两个黑洞的旋转方向与轨道方向一致，”佐治亚理工学院的 Laura Cadonati（LIGO 科学合作副发言人）在同一次电话会议上表示。“这意味着它们合并所需的时间比自旋不一致的情况更长。”

黑洞的自旋模式为我们了解黑洞形成机制又增添了一块拼图。“这一发现略微支持了这样一种理论，即这两个黑洞分别形成于一个致密的恒星团中，沉入星团核心，然后配对，”卡多纳蒂说，“而不是由两颗已经配对的恒星坍缩而共同形成。”然而，卡多纳蒂警告说，这一发现并不能明确证明哪种黑洞形成理论是正确的。这只是一个线索，需要更多的支持。

幸运的是，LIGO 似乎正在获取更多线索。借助此信号，LIGO 发现了另一个重黑洞类别的物体，这些物体的质量是太阳的 25 倍或更多。考虑到黑洞合并的速度，LIGO 最终可能每周甚至每天都能发现一个新的黑洞合并。它接收到的信号越多，我们就能了解越多有关黑洞形成的信息，以及有关引力波如何在太空中传播的更多细节。这些事件甚至可以揭开引力子的秘密，引力子是一种理论上可能是引力来源的粒子。

当目前的观测运行于 8 月结束时，LIGO 计划升级其仪器，使其更加灵敏并降低噪音，从而使科学家有可能发现与黑洞无关的事件，例如中子星合并。到那时，新的 Virgo 引力波天文台将上线——它计划于今年夏天开始收集数据。从位于意大利的位置，Virgo 将能够帮助 LIGO 的孪生天文台更准确地定位它们探测到的引力波信号的来源。这可能会促成与伽马射线望远镜的合作：当 LIGO 探测到信号时，太空天文台可以将其仪器转向信号的来源，以查看释放引力波的事件是否也扰乱了附近的物质。

麻省理工学院物理学家、 LIGO 科学合作组织发言人戴维·舒梅克 (David Shoemaker) 表示：“从这第三次高度可信的事件中，我们得到的关键启示是，我们正真正从新事物走向一门新的观测科学，即引力波新的天文学。”