科學家們第三次探測到了引力波，即在宇宙中運動的物體在時空中產生的漣漪。

這一發現再次由鐳射干涉儀引力波觀測科學合作組織LIGO（Laser Interference Gravitation Wave Observatory Scientific Collaboration）發現，該團隊去年也因歷史上首次測量引力波而成為頭條新聞。隨著每一次新的探測，LIGO進一步鞏固了它的測量結果是可靠的，而不僅僅是統計上的小點。而現在，研究人員正開始利用這些探測手段來更多地瞭解遙遠的太空物體，以及發現他們不太希望看到的趨勢。

“有句名言：一次是偶然，兩次是巧合，三次是模式，”賓州州立大學和卡迪夫大學的物理學家班加羅爾·薩蒂亞普拉卡什（Bangalore Sathyaprakash）告訴《邊緣》（the Verge）雜誌，他也是一項關於探測的新研究的主要作者我們現在看到了一種模式。”

與前兩次探測類似，LIGO最新觀測到的引力波來自於兩個數十億光年遠的稠密黑洞。黑洞不僅僅是在它們合併時**在一起；它們在結合形成一個單一的超緻密物體之前，會迅速地相互旋轉——高達每秒幾次。這些旋轉在時空結構中產生漣漪，然後以光速在整個宇宙中移動。這些最新的海浪將在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜誌上發表的一篇新論文中詳細介紹，它們從一個近30億光年遠的地方經過，然後在1月4日到達LIGO的海浪探測天文臺。

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

儘管利戈的三次探測都是從黑洞合併中發現的，但每一次都是獨一無二的。第一次探測來自相當大的黑洞，而第二對則小得多。這個新的合併正好在中間：根據Sathyaprakash的說法，黑洞的質量大約是太陽的19倍和31倍，太陽的質量仍然相當大。在LIGO首次被探測到之前，科學家們並不認為存在許多大於20個太陽質量的黑洞。現在我們不僅知道它們的存在，而且可能相當普遍。”“那裡有大量的重黑洞，LIGO已經開始看到它們，”Sathyaprakash說我想我們會在前進中發現越來越多的東西。”

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第一次被髮現之前，引力波是愛因斯坦廣義相對論中最後一個未被證實的部分。這一理論於1916年問世，透過將空間和時間結合成一個稱為時空的單一概念，徹底改變了我們對宇宙的理解。愛因斯坦的理論是，物體實際上會在它們周圍的時空中留下印記——當物體移動時，它們會在時空中產生漣漪，就像移動的物體在池塘中產生漣漪一樣。

從技術上講，每一個物體從一個人移動到一個星球，都會產生這些漣漪。但是你和我產生的波太小了，基本上無法探測到。LIGO被設計用來接收來自宇宙中以極快速度運動的最大質量物體的波。黑洞或中子星的合併——恆星坍縮後的密集殘留物——產生了巨大的波，可以從地球上拾取。但是當它們到達我們的星球時，它們已經大大減少了，使得它們非常難以測量。

幸運的是，LIGO在華盛頓和路易斯安那的兩個觀測站足夠敏感，可以做到這一點。每個天文臺的形狀都像一個L，其“臂”由真空密封管製成，長2.5英里。在每根管子的末端都有一個懸掛的鏡子，在兩臂交匯的地方，有一個鐳射指向每個鏡子。每當引力波經過時，每個L的兩端都會發生不同程度的扭曲，使之看起來像一面鏡子離鐳射源越來越近，而另一面卻越來越遠。LIGO可以透過計時鐳射擊中每個鏡子所需的時間來發現這種現象。LIGO非常精確，它能捕捉到比質子大小小1000倍的變化。

大質量黑洞

LIGO的三次探測已經改變了科學家們對於黑洞質量的看法——比人們想象的要大得多。

這一切都與這些物體的來源有關。LIGO觀測到的黑洞被認為是恆星耗盡所有燃料而坍塌的死星的殘餘。而這些黑洞的質量很大程度上是由它們來自的恆星決定的，這在很大程度上取決於恆星形成的時間和地點。例如，在大爆炸之後——大約140億年前——出現的第一批恆星與那些形成得更晚的恆星有很大的不同。

最早的恆星只由最輕的元素組成，氫和氦是最早形成的元素。但隨著恆星的演化，它們最終透過核聚變反應在核心內產生了更重的元素。在某個時刻，當恆星爆炸時，這些較重的元素被排出整個宇宙，成為下一代恆星的初始成分。這意味著最近形成的恆星含有更豐富的重元素，如碳和氮。

一顆恆星的重元素含量被認為會影響該恆星隨時間的演化。根據Sathyaprakash的說法，較重的元素吸收更多的輻射。這激發了元素的能量，給它們足夠的動力，讓它們離開恆星。這意味著，如果一顆恆星是由許多較重的元素組成的，它比一顆由原始氫和氦組成的恆星更有可能失去質量。

大多數人認為，利戈所看到的黑洞來自富含重元素的恆星，這意味著它們可能永遠不會超過太陽質量的20倍。但是現在利戈已經檢測到至少三個比這更大的黑洞，Satyaparakash說，有可能還有更多的恆星是由較輕的元素組成的。也許天文臺正在監視那些形成於大爆炸附近的更古老的恆星。不管怎樣，人們都在重新思考他們的模式。”有些人確實認為較重的黑洞可能形成，但他們是少數人，“Satyaparakash說所以過去李戈探測黑洞是天體物理學的一個轉折點。”

不對齊

LIGO合作組織正在利用這一最新的探測手段，找出產生最新波的兩個黑洞的更多細節。例如，這些訊號提供了一些線索，說明這些洞是如何旋轉的，直到它們合併在一起。而這又反過來描繪了合併最初是如何發生的。

當黑洞合併時，涉及到三種型別的旋轉：兩個黑洞各自旋轉，並且它們彼此旋轉。根據LIGO合作者、喬治亞理工學院物理學教授勞拉·卡多納蒂（Laura Cadonati）的說法，如果兩個黑洞的旋轉方向與它們圍繞彼此旋轉的方向相同，那麼它們就被認為是對齊的。然而，如果一個黑洞的旋轉方向與另一個相反，那麼它們就沒有對齊。

LIGO的研究人員可以透過更仔細地研究引力波訊號來確定黑洞的排列。如果對齊，黑洞合併所需的時間比預期的稍長。這是因為對齊的軌道會產生更多的旋轉能量，使得空穴更難**在一起。”“這需要一點時間，”卡多納蒂說在最近的一次探測中，波訊號表明這些黑洞在合併時沒有對齊。

這也告訴了科學家一些黑洞是如何**在一起的。如果黑洞起源於雙星系統，在雙星系統中，恆星已經圍繞著彼此執行，那麼軌道很有可能是對齊的。然而，這個訊號似乎表明這些黑洞來自單獨形成的恆星，但在同一個星團內。隨著時間的推移，他們慢慢地走到了一起。”這隻是一個暗示[這件事發生了]；“我們不能肯定地說，”卡多納蒂說但如果這成為一種模式——如果我們看到更多這種情況——那將是一種更明確的說法。”

LIGO在2016年11月30日開始的一次觀測中發現了這些最近的引力波，並將持續到夏末。所以我們很可能很快就會聽到更多的探測結果，因為LIGO會繼續檢視資料。不過，一旦目前的觀測結束，下一次直到2018年才重新開始。在停工期間，該小組將對觀測站進行技術升級，使其更加敏感。這意味著更多的探測工作即將展開，這使得LIGO能夠更深入地瞭解數十億光年外的巨大天體是如何融合在一起的。

薩蒂亞普拉卡什說：“到目前為止只有三次發現，所以這隻是一個開始。”但透過這次探測，我們向世界傳遞了一個資訊，即我們來這裡是為了進行引力波天文學。”