5个月发现35个引力波信号，科学家：宇宙天体碰撞比想象中残酷！

宇宙中应该没有什么能比得上黑洞的破坏力，其引力之大，甚至连光线都被无情地吞噬，所以你可以想象探测黑洞事件视界内的区域是多么困难。然而，有一个灾难性事件可让科学家们一瞥黑洞漩涡和了解那里发生了什么——黑洞之间的碰撞。

黑洞等“宇宙巨兽”的猛烈碰撞会扭曲时空结构，产生称为引力波的涟漪。在历史的大部分时间里，科学家都没有注意到那些天体碰撞发出的‘隆隆声’。然而，人类自2015年探测第一个引力波信号后，引力波的直接探测已成为探索观察宇宙中未知现象的新方法。

根据 ArXiv 上发表的一项新研究显示，一个国际研究团队公布了有史以来探测到的最大数量的引力波。他们在 2019年11月至2020年3月之间的5个月内，用LIGO-Virgo干涉仪探测了35次巨大的引力波事件。

宇宙最残酷、暴力的大事件！

在大约100年前，爱因斯坦就已经预言了引力波的存在。但直到2015年，研究人员才设法真正检测到它们。为什么科学家隔了百年才发现呢？

其实一直以来，天文学家主要是用电磁辐射（光）来观察宇宙，但光会和宇宙间有尘埃、有气体等等物质相互作用，导致天文学家看到的星空是模糊的。而引力波不一样，它依赖着空间而存在，可以穿透万物。而以前没有发现引力波，是因为引力波能引起的“波动”非常的小，即使最剧烈的天体碰撞产生的引力波动，传到地球时，数量级也只有 10（-12次方）分之一，以至于爱因斯坦提出引力波后也表示可能永远探测不到它的存在。

那2015年又是怎么探测到的呢？答案在美国激光干涉引力波天文台（LIGO）的“L”设计。LIGO 包含了一组相互垂直、呈 L 形的两根管子，每根管子的长度都是四公里。一开始，从交角处出发的激光，会被分光镜分成两道，各自沿着两根管子前进，再由管末的反射镜反射回来。激光来回反射四百趟之后，会在交汇处会合并互相干涉。

在没有引力波的情况下，从两根管子回来的激光走的路程长度完全相同，在干涉过程中会彼此抵消，不会产生信号。但如果引力波引起空间扭曲，就可能对两根管子的长度产生影响，拉伸或压缩了一点点，两道激光的光程就会产生差异，回到交汇处时的相位也会有一点点差异，这一点点的差异就足以让 LIGO 精密的干涉仪器产生干涉信号。简单来说，LIGO的工作原理就是将传递到地球的微小引力波信号尽可能放大到可观测的程度。

天不负有心人，在2015年9月，LIGO 团队第一次探测到引力波，信号来自距离地球约13亿光年的一次黑洞合并事件，其中两个黑洞的质量分别约为36倍、29倍的太阳质量。后来在2017年发现中子星碰撞、2021年黑洞和中子星碰撞产生的引力波。

“一大波”引力波信号！

我们都知道，黑洞在宇宙中一直扮演着重要的角色，黑洞和中子星等天体的碰撞让我们得以验证引力波的存在。反过来，科学家也在利用引力波观察和探索宇宙演化的秘密。

以澳大利亚国立大学为主要参与者的国际团队透过 LIGO 和室女座探测器（Virgo detector）进行了三轮探测，第三轮探测是在2019年11月至2020年3月，结果在短短5个月里探测到35个引力波信号，相当于每周发现近 1.7个引力波信号，也使自2015-2020年探测到的引力波总数达到了90个。

研究发现，35个引力波信号中有32个是由两个黑洞合并引起的、2个可能是中子星和黑洞碰撞产生、1个神秘未知。

在这些信号的背后，团队发现了一些亮点：

1.中子星-黑洞对（GW191219_163120和GW200115_042309）之间的两次合并。GW191219 中的中子星或是有史以来观测到的质量最小的中子星，质量为1.17个太阳质量，并与一个31个太阳质量的黑洞合并，这使其成为我们迄今为止观测到的最极端质量比的事件。

2.一个24个太阳质量的黑洞和一个2.83个太阳质量的天体 (GW200210_092254) 之间的合并，它可能是一个轻黑洞或一颗重中子星。

3.一对巨大的黑洞相互环绕，质量分别为87和61个太阳质量 (GW200220_061928)。换句话说，如果一个黑洞质量太大，它已经吞噬了其他大质量天体，可能是另一个黑洞。

4.一对轻型黑洞相互环绕（GW191129_134029），黑洞的组成质量分别为 10.7 和 6.7 个太阳质量——这是本次观测中质量最小的一对。

5.一对相互绕转的黑洞，其中有一个是在垂直旋转（GW191204_171526）。

6.一对相互绕转的黑洞，它们的总质量是112个太阳质量，其中一个似乎在倒转（GW191109_010717）。

澳大利亚国立大学天体物理学家苏珊·斯科特 (Susan Scott) 表示：“这是引力波探测的一个新时代，不断增长的发现揭示了有关整个宇宙中恒星生死的大量信息。但也提出了一些非常有趣的问题。比如双星系统的恒星一起变成黑洞？还是两个黑洞是被星系中心动态环境推到一起？”

恒星生与死的秘密！

事实上，每个引力波信号都代表天体某种形式的猛烈事件，例如超新星爆炸或恒星和黑洞在宇宙高速公路上疾驰时的残酷碰撞。而每个信号的独特性，为科学家提供了关于大质量恒星如何在超新星爆炸中生存和死亡的重要线索。从探测数据看，宇宙中的天体碰撞比想象中残酷、频繁、暴力。

比如宇宙中两个最极端的天体——黑洞和中子星。当最大质量的恒星死亡时，它们会在自身引力作用下坍塌形成黑洞。当质量稍小的恒星死亡时，它们会爆炸成超新星。剩下的是被称为中子星的致密恒星残骸，典型的中子星质量是太阳的一倍半，但所有质量都包含在一颗极其致密的恒星中，意味着一个调羹中子星的重量相当于地球全部人类！

而随着越来越多的引力波被探测，研究人员正在越来越多地了解这些非凡的宇宙现象。这意味着我们实际上才刚刚开始看到黑洞和中子星的奇妙多样性。新的检测证明它们有多种尺寸和组合可供选择。通过计算合并天体的质量，天体物理学家可以更好地了解恒星如何生存和死亡，以及它们死亡时为什么会坍缩成黑洞或中子星、最终有助于研究人员解开恒星、甚至我们的宇宙是如何演化的真相。

欢迎来到一个新的天文学时代，在这个时代，黑洞和中子星会定期向地球传递它们的秘密。

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来源：八两科学