科学家们第三次探测到了引力波，即在宇宙中运动的物体在时空中产生的涟漪。

这一发现再次由激光干涉仪引力波观测科学合作组织LIGO（Laser Interference Gravitation Wave Observatory Scientific Collaboration）发现，该团队去年也因历史上首次测量引力波而成为头条新闻。随着每一次新的探测，LIGO进一步巩固了它的测量结果是可靠的，而不仅仅是统计上的小点。而现在，研究人员正开始利用这些探测手段来更多地了解遥远的太空物体，以及发现他们不太希望看到的趋势。

“有句名言：一次是偶然，两次是巧合，三次是模式，”宾州州立大学和卡迪夫大学的物理学家班加罗尔·萨蒂亚普拉卡什（Bangalore Sathyaprakash）告诉《边缘》（the Verge）杂志，他也是一项关于探测的新研究的主要作者我们现在看到了一种模式。”

与前两次探测类似，LIGO最新观测到的引力波来自于两个数十亿光年远的稠密黑洞。黑洞不仅仅是在它们合并时**在一起；它们在结合形成一个单一的超致密物体之前，会迅速地相互旋转——高达每秒几次。这些旋转在时空结构中产生涟漪，然后以光速在整个宇宙中移动。这些最新的海浪将在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上发表的一篇新论文中详细介绍，它们从一个近30亿光年远的地方经过，然后在1月4日到达LIGO的海浪探测天文台。

A simulation of the black hole merger that LIGO detected. The gravitational waves are indicated by the blue and yellow bands. Video: S. Ossokine/A. Buonanno/T. Dietrich (MPI for Gravitational Physics)/R. Haas (NCSA)/SXS project

尽管利戈的三次探测都是从黑洞合并中发现的，但每一次都是独一无二的。第一次探测来自相当大的黑洞，而第二对则小得多。这个新的合并正好在中间：根据Sathyaprakash的说法，黑洞的质量大约是太阳的19倍和31倍，太阳的质量仍然相当大。在LIGO首次被探测到之前，科学家们并不认为存在许多大于20个太阳质量的黑洞。现在我们不仅知道它们的存在，而且可能相当普遍。”“那里有大量的重黑洞，LIGO已经开始看到它们，”Sathyaprakash说我想我们会在前进中发现越来越多的东西。”

ligo的工作原理

如今，引力波已不再是新奇事物，而是研究宇宙的新工具。但是直到LIGO第一次被发现之前，引力波是爱因斯坦广义相对论中最后一个未被证实的部分。这一理论于1916年问世，通过将空间和时间结合成一个称为时空的单一概念，彻底改变了我们对宇宙的理解。爱因斯坦的理论是，物体实际上会在它们周围的时空中留下印记——当物体移动时，它们会在时空中产生涟漪，就像移动的物体在池塘中产生涟漪一样。

从技术上讲，每一个物体从一个人移动到一个星球，都会产生这些涟漪。但是你和我产生的波太小了，基本上无法探测到。LIGO被设计用来接收来自宇宙中以极快速度运动的最大质量物体的波。黑洞或中子星的合并——恒星坍缩后的密集残留物——产生了巨大的波，可以从地球上拾取。但是当它们到达我们的星球时，它们已经大大减少了，使得它们非常难以测量。

幸运的是，LIGO在华盛顿和路易斯安那的两个观测站足够敏感，可以做到这一点。每个天文台的形状都像一个L，其“臂”由真空密封管制成，长2.5英里。在每根管子的末端都有一个悬挂的镜子，在两臂交汇的地方，有一个激光指向每个镜子。每当引力波经过时，每个L的两端都会发生不同程度的扭曲，使之看起来像一面镜子离激光源越来越近，而另一面却越来越远。LIGO可以通过计时激光击中每个镜子所需的时间来发现这种现象。LIGO非常精确，它能捕捉到比质子大小小1000倍的变化。

大质量黑洞

LIGO的三次探测已经改变了科学家们对于黑洞质量的看法——比人们想象的要大得多。

这一切都与这些物体的来源有关。LIGO观测到的黑洞被认为是恒星耗尽所有燃料而坍塌的死星的残余。而这些黑洞的质量很大程度上是由它们来自的恒星决定的，这在很大程度上取决于恒星形成的时间和地点。例如，在大爆炸之后——大约140亿年前——出现的第一批恒星与那些形成得更晚的恒星有很大的不同。

最早的恒星只由最轻的元素组成，氢和氦是最早形成的元素。但随着恒星的演化，它们最终通过核聚变反应在核心内产生了更重的元素。在某个时刻，当恒星爆炸时，这些较重的元素被排出整个宇宙，成为下一代恒星的初始成分。这意味着最近形成的恒星含有更丰富的重元素，如碳和氮。

一颗恒星的重元素含量被认为会影响该恒星随时间的演化。根据Sathyaprakash的说法，较重的元素吸收更多的辐射。这激发了元素的能量，给它们足够的动力，让它们离开恒星。这意味着，如果一颗恒星是由许多较重的元素组成的，它比一颗由原始氢和氦组成的恒星更有可能失去质量。

大多数人认为，利戈所看到的黑洞来自富含重元素的恒星，这意味着它们可能永远不会超过太阳质量的20倍。但是现在利戈已经检测到至少三个比这更大的黑洞，Satyaparakash说，有可能还有更多的恒星是由较轻的元素组成的。也许天文台正在监视那些形成于大爆炸附近的更古老的恒星。不管怎样，人们都在重新思考他们的模式。”有些人确实认为较重的黑洞可能形成，但他们是少数人，“Satyaparakash说所以过去李戈探测黑洞是天体物理学的一个转折点。”

不对齐

LIGO合作组织正在利用这一最新的探测手段，找出产生最新波的两个黑洞的更多细节。例如，这些信号提供了一些线索，说明这些洞是如何旋转的，直到它们合并在一起。而这又反过来描绘了合并最初是如何发生的。

当黑洞合并时，涉及到三种类型的旋转：两个黑洞各自旋转，并且它们彼此旋转。根据LIGO合作者、乔治亚理工学院物理学教授劳拉·卡多纳蒂（Laura Cadonati）的说法，如果两个黑洞的旋转方向与它们围绕彼此旋转的方向相同，那么它们就被认为是对齐的。然而，如果一个黑洞的旋转方向与另一个相反，那么它们就没有对齐。

LIGO的研究人员可以通过更仔细地研究引力波信号来确定黑洞的排列。如果对齐，黑洞合并所需的时间比预期的稍长。这是因为对齐的轨道会产生更多的旋转能量，使得空穴更难**在一起。”“这需要一点时间，”卡多纳蒂说在最近的一次探测中，波信号表明这些黑洞在合并时没有对齐。

这也告诉了科学家一些黑洞是如何**在一起的。如果黑洞起源于双星系统，在双星系统中，恒星已经围绕着彼此运行，那么轨道很有可能是对齐的。然而，这个信号似乎表明这些黑洞来自单独形成的恒星，但在同一个星团内。随着时间的推移，他们慢慢地走到了一起。”这只是一个暗示[这件事发生了]；“我们不能肯定地说，”卡多纳蒂说但如果这成为一种模式——如果我们看到更多这种情况——那将是一种更明确的说法。”

LIGO在2016年11月30日开始的一次观测中发现了这些最近的引力波，并将持续到夏末。所以我们很可能很快就会听到更多的探测结果，因为LIGO会继续查看数据。不过，一旦目前的观测结束，下一次直到2018年才重新开始。在停工期间，该小组将对观测站进行技术升级，使其更加敏感。这意味着更多的探测工作即将展开，这使得LIGO能够更深入地了解数十亿光年外的巨大天体是如何融合在一起的。

萨蒂亚普拉卡什说：“到目前为止只有三次发现，所以这只是一个开始。”但通过这次探测，我们向世界传递了一个信息，即我们来这里是为了进行引力波天文学。”