科學家探測到引力波的“海嘯”

江蘇激光聯盟導讀：

一個國際科學家團隊公佈了迄今爲止探測到的最大數量的引力波。

兩個黑洞合併成一個。來源：NASA

據外媒報道，以澳大利亞國立大學（ANU）爲首的一個國際科學家團隊公佈了迄今爲止探測到的最大數量的引力波。

這些發現將有助於解決宇宙中一些最複雜的謎團，包括物質的組成部分以及空間和時間的運行方式。

該研究團隊在2019年11月至2020年3月期間，利用LIGO和處女座天文臺，對由一對黑洞合併或中子星和黑洞碰撞產生的引力波進行了35次新的探測。這使得在2015年至2020年的三次觀測之後，探測到的總數達到90次。最終的研究結果發表在ArXiv上。

天體物理起源概率pastro>0.5的CBC探測候選數量與BNS凝聚探測器網絡的有效測量時間-體積[3]。彩色帶表示不同的觀察運行。O1、O2、O3a和O3b的最終數據集包括49.4天、124.4天、149.8天（177.2天）和125.5天（142.0天），至少分別有兩個探測器（一個探測器）進行觀測。可能候選的累積數量由黑色實線表示，而藍色線、深藍色帶和淺藍色帶是泊松分佈的中值、50%置信區間和90%置信區間，適合O3b末尾的候選數量。

這些巨大發現來自於神秘的宇宙，大多數發生在數十億光年之外。而32個黑洞的對合並，以及中子星和黑洞之間可能發生的三次碰撞，在距離我們遙遠的地方，在時空中掀起了一陣陣漣漪。

來自澳大利亞國立大學引力天體物理學中心的傑出教授Susan Scott說，最新的發現代表着“一場海嘯”，是“我們在解開宇宙演化秘密的探索中向前邁出的一大步”。

澳大利亞國立大學是進行觀測和開發複雜技術的國際團隊的關鍵成員之一，以在浩瀚的宇宙中尋找難以捉摸的引力波。

由光散射引起的小故障的代表性光譜圖。慢散射在時頻平面上表現爲長時間的拱。多重拱門是由於測試質量光學和散射表面之間的多次反射。O3期間，緩慢散射分別是LIGO Hanford和LIGO Livingston瞬態噪聲的最頻繁源和第二頻繁源。底部:與緩慢散射相比，快速散射瞬態表現爲持續時間短、快速重複的拱形。

Scott教授說：“我們已經檢測到35個事件。這是巨大的。相比之下，我們在2015-16年持續4個月的第一次觀測運行中進行了3次探測。

“這真的是一個引力波探測的新時代，越來越多的發現揭示了宇宙中恆星的生命和死亡的大量信息。

“觀察這些雙星系統中黑洞的質量和自旋表明，這些系統最初是如何聚集在一起的。

“這也提出了一些非常有趣的問題。例如，這個系統最初是由兩顆恆星共同經歷生命週期並最終變成黑洞的嗎?還是兩個黑洞在一個非常密集的動態環境中擠在一起，比如在一個星系的中心?”

使用電磁輻射進行的測量結果顯示，恆星黑洞的質量小於大約20個太陽的質量(紫色圓圈)。這些黑洞都有一顆伴星，它的質量正在向黑洞流失。這一氣體流揭示了黑洞的存在，對伴星運動的詳細研究使得黑洞的質量得以測量。自2015年以來，LIGO/Virgo對兩個黑洞合併時發出的引力波輻射的測量使得數十個黑洞的質量得以測量(藍色圓圈)。這些黑洞通常比通過電磁輻射發現的黑洞質量更大。我們現在知道，通過電磁技術研究的大質量黑洞的缺乏可能是由於對發現和研究大質量黑洞的偏見造成的。順便說一句，LIGO/Virgo的測量有利於檢測大質量黑洞，因爲它們合併的信號更大，因此與合併低質量黑洞的信號相比，可以從宇宙中更遠的系統中檢測到它們。儘管如此，LIGO/Virgo也在探測低質量的合併黑洞。在不久的將來，JWST望遠鏡將能夠消除電磁偏置。由於它的靈敏度，天文學家將能夠測量黑洞候選系統的質量，這些系統位於被認爲是最大質量黑洞所在的地方。

Scott教授同時也是ARC卓越引力波發現中心(OzGrav)的首席研究員，她表示，引力波探測器靈敏度的不斷提高，有助於推動引力波探測量的增加。

“這項新技術讓我們比以往任何時候都能觀測到更多的引力波， 我們還在探測兩個黑洞質量間隙區域，併爲愛因斯坦的廣義相對論提供更多的測試。

“關於引力波探測器靈敏度的不斷提高，另一件真正令人興奮的事情是，這將帶來一系列全新的引力波源，其中一些是意想不到的。”她說。

來源：GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and VirgoDuring the Second Part of the Third Observing Run, arXiv:2111.03606v1[gr-qc], arxiv.org/abs/2111.03606