LIGO再次检测到引力波

此图显示了两个黑洞的合并以及引力波，这些引力波在黑洞彼此相对旋转时向外波动。黑洞-代表LIGO在2015年12月26日检测到的黑洞-分别是太阳质量的14倍和8倍，直到它们合并在一起，形成了一个21倍太阳质量的黑洞。实际上，黑洞附近的区域会出现高度翘曲，并且引力波太小而看不到。

孪生激光干涉仪引力波天文台（LIGO）已第二次检测到引力波。该信号是由两个相距14亿光年的黑洞产生的。

科学家第二次直接检测到引力波-时空结构中的涟漪，这是由遥远宇宙中的极端灾难性事件造成的。研究小组确定，最终到达地球的微弱涟漪是由两个黑洞以14亿光年的光速的一半相撞产生的。

科学家使用位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的双激光干涉仪重力波天文台（LIGO）干涉仪检测到了引力波。2015年12月26日，世界标准时间3:38，两个探测器相距3,000多公里，它们在周围的噪音中拾取了一个非常微弱的信号。

尽管LIGO在2月11日进行了首次检测，在数据中产生了一个清晰的峰值或“ chi”，但第二个信号却微妙得多，产生了一个更浅的波形-本质上是微弱的吱吱声-几乎掩埋在数据中。利用先进的数据分析技术，研究小组确定该波形确实发出了重力波信号。

研究人员计算得出，引力波是由两个质量为太阳质量的14.2和7.5倍的黑洞相撞而产生的。LIGO探测器接收到的信号包括黑洞合并之前的最后时刻：在大约一秒钟的时间内，虽然可以检测到信号，但黑洞彼此旋转了55次，接近光速的一半，然后合并到碰撞中，以引力波的形式释放了大量能量，相当于太阳的质量。这种大灾难发生在14亿年前，产生了一个更大的旋转黑洞，其质量是太阳质量的20.8倍。

第二次对引力波的探测再次证实了爱因斯坦的广义相对论，成功地测试了LIGO探测难以置信的微妙的引力信号的能力。

麻省理工学院卡夫里天体物理与空间研究所的研究科学家，LIGO团队成员萨尔瓦托·维塔莱（Salvatore Vitale）说：“我们又做了一次。”“第一场比赛真是太美了，我们几乎简直不敢相信。现在，看到另一个引力波的事实证明，实际上我们正在观察宇宙中大量的二元黑洞。我们知道，我们会经常看到其中的许多内容，从而从中做出有趣的科学。”

作为LIGO科学合作组织和处女座合作组织的一部分，科学家今天在《物理评论快报》中发表了他们的研究结果。

寻找比赛

LIGO的两个干涉仪（每个干涉仪长4公里）的设计方式是，如果要通过重力波，则每个探测器应伸展无穷小。2015年9月14日，探测器接收到了引力波的第一个信号，该信号将每个探测器拉长了仅质子直径的一小部分。仅仅四个月后，即12月26日，LIGO记录了第二个信号，该信号将探测器拉得更小。

“当我们检测到第一个信号时，它是如此短而响亮，您可以在数据中看到它，这条优美的音轨，” Vitale说。“有了这项新活动，情况就完全不同了。这不容易看出来。它完全埋在了噪音中。”

为了提取信号并确定它到底是引力波还是检测器本身发出的噪声，科学家采用了匹配滤波，这是一种信号处理技术，可让科学家深入研究LIGO的噪声，以检测具有已知波形或模式的信号。

在这种情况下，该团队组装了成千上万个已知波形库，每个波形分别对应于不同质量和不同质量的黑洞旋转。然后，科学家通过银行中的每个波形运行LIGO的数据，寻找匹配项。

通过一些称为参数估计的附加分析，他们发现在两个干涉仪上检测​​到的相同信号与单个情况匹配：两个黑洞的合并，分别是太阳质量的14.2和7.5倍，相撞14亿光年。碰撞的黑洞没有产生第一重力波信号的黑洞大。新近发现的黑洞的质量也更能代表天文学家在宇宙中观察到的黑洞。

MIT Kavli的首席研究科学家，LIGO团队成员Lisa Barsotti说：“从某种意义上来说，这很好而且令人放心-这意味着我们可能将目标瞄准的是传统天文学中可以观察到的相同人口。”“这是一个新的天文学时代，现在我们可以以前所未有的方式探索宇宙。”

时光倒流

在最初的四个月中，先进的LIGO探测器已经探测到由两个截然不同的二元黑洞系统碰撞产生的两个重力波信号。领导构造探测器的团队的大卫·舒梅克（David Shoemaker）指出，“天文台目前处于离线状态，并且正在进行升级以提高其灵敏度，并且有望在秋天开始下一次观测运行，”当科学家们期望探测到更多的引力波时和极端的天体物理学事件。

Vitale说：“我们正在迅速地从每几个月一次的活动过渡到每月一次的活动。”“我们还可以看到在空间和时间上更远的物体。”

通过更多的检测，该团队希望回答一个核心问题：黑洞如何合并？天文学家已经假设有两种可能发生这种情况的途径。由于黑洞是由爆炸的恒星“生来”的，因此一种假设是，两颗这样的恒星可能先相互绕过，然后才坍塌成黑洞，这些黑洞一直保持在一起，绕得越来越近，最终合并。另一个假设表明，存在于密集的黑洞中的两个独立的黑洞可能已经被重力束缚，并最终合并。

Vitale说：“这些场景截然不同，我们将来要做的一件事就是知道哪种情况发生得更频繁。”“我们将不得不等待更多的发现，才能开始进行这些有趣的天体物理学发现。”

在秋天，当LIGO重新启动并运行时，它将获得处女座的额外帮助，这是位于意大利比萨附近的第三台干涉仪，它将用一个3公里长的探测器探测引力波。包括Barsotti在内的LIGO科学家也在研究比LIGO更为灵敏的设计，以期观察宇宙中最早的事件。

Vitale说：“引力波是您做到这一点的唯一方法，我们今天知道。”“因为在最初的380,000年左右，宇宙对光是不透明的。但是引力波可以通过，这是我们真正探究时间的唯一工具。”

“您可以想象，对于我们大多数人来说，这些检测对我们的生活产生了非常强烈的影响，因为我们一直在等待很长一段时间，” Barsotti说。“过去几个月，这真是一次令人难以置信的经历。”

这项研究是由美国国家科学基金会资助的。LIGO由Caltech和MIT设计，建造和运营。

出版物：B.P.雅培等。（LIGO科学协作和处女座协作），“ GW151226：从22太阳能二元黑洞的合并中引力波的观测”，物理。莱特牧师116，241103，2016年6月15日; doi：10.1103 / PhysRevLett.116.241103