黑洞最初的引力波范围 科学家发现未知的引力波源头

作者：文/虞子期

根据科学最新报告显示，在LIGO项目第三个观测期开始的两周后，科学家们可能发现了另外两个新黑洞合并的引力波特征，虽然科学家们尚未发布出“引力波源头”初始位置的任何细节，但引力波传感器检测到了不同的两个事件，并表明它们是两个黑洞的碰撞。两颗中子星的碰撞，又或是混合碰撞，它们都会产生相应的引力波和光线特征，这个被称为Q3的观测期将还需要持续一年的时间。

根据科学记录显示，在4月8日，科学家们是第一次新的检测到。在时间过去一周之后，三个“超灵敏”的引力波仪器开始了新的观察。这一次观测也标志着三个不同的探测器设施，第一次进行共同合作观察，它们是两个激光干涉仪引力波天文台前哨（位于华盛顿州和路易斯安那州）和处女座探测器（位于意大利）。科学家们能够在仙后座（Cassiopeia）附近找到信号起源的天空，它的距离大约是50亿光年。等这个信号得到确认，该团队便能计算出该事件碰撞中所涉及到的质量。

当某个对象本身越大，那么它可以使得时空扭曲的程度便越深。用我们生活中的一些客观现象也可以举例说明，例如：地球可以像蹦床上的保龄球一样，去扭转它周围的时空。引力波的存在，就像是时空之中的涟漪，会从它的源头向外传播开来。

科学家们认为，两个及其密级的物体以二元对的方式“互绕轨道”的时候，便会产生足够强大的引力波，比如两个黑洞/两个中子星/一个黑洞和一颗中子星这几种情况。正是因为这两个物体之间发生了相互作用，所以才导致了时空的旋转，然后便导致了涟漪的产生（理论上可以用强大仪器进行测量）。

关于引力波的研究，直到20世纪，科学家们才发现了引力波存在的间接证据，即通过观察这些波的影响而得出该结论。我们需要知道，引力波和重力波是有所不同的，因为重力波的形成是行星大气中所形成的涟漪，因风吹过地球表面地质特征而产生。

LIGO（激光干涉仪引力波天文台）于2016年宣布第一次直接探测到引力波，这一发现让科学家和公众都感到兴奋不已，同年6月，该团队第二次检测到引力波信号。虽然LIGO所探测到的黑洞质量都不到太阳的50倍，但已经远远超出了探测到的最大黑洞。

在银河系的中心，有一个超大质量的黑洞，它的质量大约是太阳质量的400万倍。科学家认为那些中等质量的黑洞比更大的黑洞更具有挑战性。通过更高的质量信息可以得出，那些二元黑洞其实是由特定环境形成的。比如，它的金属度和太阳的金属度是有所不同的。

当科学家们发现来自同一宇宙时间的光和引力波，两个超级恒星撞击被称为中子星的合并，这是有史以来的第一次。并且提供了第一个准确的证据，证明了宇宙中大部分金和铂等其他元素，大部分都来源于中子星粉碎。

中子星，是宇宙中最奇特的物体之一，是在超新星爆炸中死亡的大质量恒星残骸。引力波则是由大质量宇宙物体加速所产生的时空结构中的涟漪，这些涟漪就如它的名字一般，总是在不停的移动，并且移动的速度达到光速。同时，它们还具有极强的穿透力，并不会像我们日常的光一样，会被分散或者是吸收。

爱因斯坦的广义相对论表明，除了其他特殊事项之外，太空中的质量造成了时空的几何形状扭曲。同时，移动物体发射了重力辐射波，并且将这些能量带入了太空之中。在基本力之中，重力是相对最弱小的，引力波的影响也比较弱。波浪在通过时会挤压并拉伸这个空间，但其效果较亚原子而言却是很小的。通过二元脉冲星间接观察引力波的影响，当它们绕轨道运行的时候，会打乱周围的时空，然后以引力波的形式释放自己的能量。正是这些能量损失才导致了中子星的轨道衰变，科学家们可以从地球上检测到轨道速度的降低。

科学家们对于引力波的检测并不是一蹴而就的，尤其是关于它的某些数据检测，至少都需要安装两个位置的检测器，并且它们之间的位置需要广泛分离。因为微震/声学噪声和激光波动等区域现象，是可能对引起模拟引力波事件造成干扰的，但它们要同时发生在两个远距离地点的可能性几乎是没有的。LIGO天文台的设置地点相聚近2000英里，可以容纳4公里（2.5英里）干涉仪臂的平坦度和尺寸。

科学家们通过激光束发现了引力波所引起的物理扭曲，探测器由真空管（直径4英尺）组成，并排成了L形状，长达4公里。这些装置并不需要暴露在天空中，同时还可以在混泥土的保护层中完全屏蔽，因为引力波可以不受阻碍的穿透地球。在L的定点以及每个臂的末端，悬挂测试质量来自导线，而且质量块也都具有镜面，正是这些镜子构成了引力波的传感器，这两个相隔数千英里的设施，便可消除结果中的那些不确定性。

利文斯顿顶点区，可以看到大型闸阀到腔室的任一侧（处在梁管上方）。来自内部的HAM（水平访问模块）是一个真空室，它可以固定的进行光学系统的输入和输出，并且会将激光注入主LIGO干涉仪，从而进一步接受来自干涉仪的输出光。35 W增强型LIGO激光器，为Advanced LIGO干涉仪提供频率和强度稳定的光。那些移动的质量会导致引力辐射波的产生，拉伸，甚至是挤压时空。当它们通过LIGO的L形探测器时，它们将减小L的一个臂中的测试质量之间的距离，而在另一个臂中增加它。

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