再次探测到黑洞碰撞产生的引力波

两个黑洞在巨大引力的拉扯下，猛烈地向对方旋转，合并成一个质量约为太阳质量 60 倍的物体。它们碰撞时产生的力之大，甚至在时空中造成了扰动。2015 年 9 月，这种扰动在地球上显现出来，两个 2.5 英里宽的 L 形管道中出现了微小的颤动。12 月，也就是圣诞节后的第二天，管道再次颤动。

麻省理工学院 LIGO 实验室主任戴维·舒梅克 (David Shoemaker) 告诉《大众科学》杂志： “这真是太棒了。它与第一个截然不同……但其重要性丝毫不减。”

LIGO 是一个由一千多名科学家组成的团队，负责美国国家科学基金会资助的最大规模实验。“这需要整个团队的共同努力，”舒梅克提醒我们。LIGO 的欧洲同行 Virgo 团队也在进行数据分析，他们自己的探测器也正在运行。

爱因斯坦的广义相对论预言，引力会像石头落入水中一样形成涟漪，只不过，引力波不是通过水传播，而是通过改变空间本身的形状来传播。这些引力波甚至比构成我们原子的部分还要小，因此需要巨大的 L 形仪器来探测它们，每边长 2.5 英里：位于华盛顿州和路易斯安那州利文斯顿的 LIGO 探测器。

探测器（非常简单）就是一束激光，它通过一种特殊的镜子照射，镜子将光束一分为二，一束从 L 的一侧向下发送，一束从另一侧向下发送。每束光束都会撞击隧道末端的镜子，然后返回中间的镜子，镜子将光束组合在一起并发送到探测器。光也以波的形式传播，通常每束激光的波都是排列整齐的。如果引力波撞击，那么时空就会在其中一个隧道中改变形状，并且该光束会在探测器上与另一个隧道中的光束同相或异相。有两个 LIGO 站点，因此科学家可以确认确实存在引力波事件，而不仅仅是某个实验中的偶然事件，因此他们可以估算出波的来源——最新的波在两个位置之间传播大约需要 1.1 毫秒，因此我们知道波来自首先测量它的探测器的方向。

重力在这些时空压缩波中传播的一个好处是，它们可以被解释为声波并被听到。虽然第一组波听起来像一个快速的嗡嗡声，就像有人用嘴发出水从排水管滴落的声音，但第二组黑洞需要更长的时间才能发生碰撞，因为它们的重量较轻。它们相应的声音以较低的嗡嗡声开始，持续了近一秒钟，然后才发出嗡嗡声。

科学家认为第二波事件很重要，原因有很多。舒梅克指出，最重要的是，这次事件表明第一次事件并非偶然，表明这些实验确实可以用作观测站来探测太空中的疯狂事件。他还告诉我们，由于这次黑洞较小（第一次事件的黑洞质量约为太阳的 29 倍和 36 倍，但这两个黑洞质量约为太阳的 14 倍和 7.5 倍），信号要安静得多，这对 LIGO 的计算机来说是一个考验。微小的信号需要从背景中发生的所有自然抖动中滤除。像第二次事件这样的信号，称为“GW151226”，更像 LIGO 科学家未来应该看到的信号。

“大多数信号不会像第一次发现时那样引人注目，”发表 LIGO 最新论文的《物理评论快报》编辑罗伯特·加里斯托 (Robert Garisto) 告诉《大众科学》。 “它们需要像这样的处理。所以这种处理确实有效。”

加里斯托还认为，第二个发现证明了黑洞合并的频率相当高。

LIGO 的下一步将是提高其灵敏度，这将使科学家能够观测到比天文台目前观测范围大两倍的空间中的引力波。Virgo 实验与 LIGO 类似，但位于欧洲，也将于明年启动，三台探测器将共同帮助科学家确定引力波的来源。此外，到目前为止，科学家只看到了来自黑洞的引力波。Shoemaker 期待看到来自我们不太了解的其他类型事件的引力波，比如中子星与黑洞相撞……或者他们可能会看到一些更奇怪的东西。

“然后我们会对理论物理学家说，‘这是我们无法解释的引力波——你们要尽力而为’，”舒梅克说。“这将是物理学界面临的一个真正令人兴奋的挑战。”

随着今天的新闻发布会上公布更多信息，本文将会进行编辑。