LIGO合作組織於2016年2月宣佈，發現被稱為引力波的時空漣漪，這一發現意義重大，足以獲得2017年諾貝爾物理學獎。現在，另一位諾貝爾獎得主表示，LIGO在不知不覺中取得了另一項驚人的發現：來自合併黑洞的引力波被介入星系的引力放大。“我們正在用我們的聲譽打賭，”他說。
這種現象被稱為引力透鏡效應，通常用於研究來自遙遠宇宙物體的光。但新的斷言如果被證明是正確的，將使其成為引力波的首次此類觀測。這一有爭議的說法來自香港科技大學的物理學諾貝爾獎得主喬治·斯穆特和他的同事，LIGO團隊的成員對此不屑一顧。“我們正在用我們的聲譽打賭，”他說。
LIGO（雷射干涉引力波天文臺的縮寫），在美國有兩個探測器，以及義大利比薩附近的Virgo探測器，迄今已共同宣佈觀測到來自10對黑洞以及一對中子星合併的引力波。
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斯穆特的目標是黑洞。根據LIGO-Virgo的分析，黑洞合併發生在相對附近的宇宙中，通常距離地球幾十億光年。許多合併的黑洞質量約為30個太陽質量，其中一個約為50個太陽質量。這些黑洞是由巨星的引力坍縮形成的。斯穆特認為，我們的星系以及LIGO調查的附近宇宙缺乏形成如此巨大黑洞所需的恆星型別——即所謂的低金屬丰度恆星。如果是這樣，那麼這應該導致LIGO觀測到的質量範圍內的黑洞在區域性區域稀缺。“你能製造的最大質量約為20個太陽質量，”斯穆特說。“除非在非常不尋常的情況下。”
為了支援他們的論點，斯穆特和西班牙巴斯克地區大學的 astrophysicist Tom Broadhurst 以及西班牙坎塔布里亞大學的 José María Diego 指出，對銀河系中黑洞對的X射線調查表明，此類黑洞的質量分佈峰值約為10個太陽質量。斯穆特和同事們假設這種相同的分佈也適用於LIGO研究的更大空間體積中的黑洞，他們認為LIGO-Virgo團隊對較高黑洞質量的估計一定是誤判。斯穆特和他的同事們說，LIGO和Virgo實際上看到的是發生在更遠地方——大約100億光年之外——的較小規模的合併事件，這些事件透過引力透鏡效應被放大並變得可見，而不是看到附近宇宙中異常大的合併黑洞的引力波。
愛因斯坦的時空望遠鏡
根據愛因斯坦的廣義相對論，引力透鏡的形成是因為星系和星系團明顯地扭曲了時空。如果一個星系位於地球和某個遙遠物體之間，那麼該星系的行為就像一個透鏡，彎曲時空以放大從地球上看到的該物體的光。引力波也必須遵循彎曲的時空——因此它們也可以被引力透鏡透鏡化和放大。此外，物體離地球越遠，其光線或引力波被介入星系引力透鏡化的機會就越大。所有這些情況共同構成了斯穆特和同事們聲稱LIGO-Virgo一定是在觀測引力透鏡化的黑洞合併的依據。“我們說他們三分之二的事件都是透鏡化的，”斯穆特在談到LIGO-Virgo的探測目錄時說。
芝加哥大學LIGO合作組織成員丹尼爾·霍爾茨完全不相信。他和他的同事們在LIGO和Virgo進行探測之前就預測，天文臺將看到每個質量約為30個太陽質量的黑洞合併。他同意，與今天的宇宙相比，早期宇宙中會形成更多的低金屬丰度恆星——因此，與現在相比，那時會形成更多30個太陽質量的黑洞。但儘管這些龐大的黑洞大多形成於早期的宇宙時期，但他仍然相信LIGO和Virgo現在正在相對附近的宇宙中探測到它們的合併，因為最終導致兩個軌道黑洞合併的引力舞蹈是一個持續數十億年的過程。
此外，霍爾茨補充說，地面調查顯示，區域性宇宙中確實存在一些低金屬丰度區域，所有這些區域都可能蘊藏著每個質量為30個太陽質量的黑洞雙星。“你把所有這些放在一起，你就可以預測你在LIGO中應該看到什麼，”他說。他補充說，探測結果與預測相符，這使得任何LIGO-Virgo事件都是透鏡事件的可能性極低。“目前關於恆星形成和演化，以及黑洞雙星形成和演化的理論基礎，似乎能夠合理地解釋迄今為止的所有LIGO觀測結果。沒有必要採用極具推測性的模型。”
新的發現——還是海市蜃樓？
然而，斯穆特和他的同事們並沒有退縮。他們認為他們已經在LIGO-Virgo資料中至少識別出一個明確的透鏡事件。當一個遙遠的源被透鏡化時，來自源的光或引力波可以繞透鏡星系採取多條路徑，這些路徑可以在不同的時間到達地球，從而產生多個影像。
根據他們的分析，兩個事件——2017年8月9日的探測（GW170809）和五天後的另一個事件（GW170814）——實際上是來自同一次合併的不同影像。該團隊認為，這些訊號具有許多關鍵特徵，在兩種情況下都導致對合並黑洞質量的估計幾乎相同。它們在天空中的大致位置也有 небольшое 重疊。
LIGO團隊對此表示異議。合作組織成員，印度班加羅爾國際理論科學中心的帕拉梅斯瓦蘭·阿吉特和他的同事分析了LIGO-Virgo觀測到的所有10個黑洞合併事件。他們尋找成對事件之間的一致性，這可能暗示著透鏡效應。他們考慮了每對事件的七個不同特徵，包括斯穆特團隊未考慮的一些特徵，例如黑洞的自旋角動量和雙星的方位。兩對事件，其中一對是GW170809-GW170814對，顯示出比其他事件更多的相關性。
但阿吉特和同事的分析表明，即使對於這些對，相關性偶然發生的可能性也超過5%（低於所謂的2-sigma結果）。在物理學中，一項發現的宣告通常需要5-sigma結果，即偶然發生的可能性小於0.00006%。阿吉特說：“低於2-sigma甚至不被認為是合理的。”換句話說，斯穆特和他的團隊所說的顯著相關性可能只是資料中的海市蜃樓。
時間會證明一切
對透鏡引力波的無爭議觀測將顯著擴大LIGO和Virgo可以進行的科學研究範圍。首先，透鏡效應會從同一事件中產生多個影像或訊號，這些訊號到達地球的時間可能相隔數小時、數天或數週。由於LIGO和Virgo儀器的方向相對於源會因地球自轉而在探測之間發生變化，這將類似於有多個探測器觀測（併產生更多關於）同一事件。“如果你能將此與透鏡星系的光學觀測相結合，你或許能夠非常精確地定位雙黑洞源，”阿吉特說。
由於透鏡事件將來自早期宇宙，它們將使物理學家能夠提出和回答關於恆星和黑洞隨時間演化的更細緻的問題。“你不僅在做天文學，你還在做宇宙學，” Broadhurst 說。
霍爾茨正在等待更有力的證據，但仍然對前景感到興奮。“有一天能夠測量一個強透鏡事件，那不是很棒嗎？”他認為，這將需要下一代引力波探測器才能明確地找到古代黑洞合併事件，這些事件產生的漣漪非常幸運地被沿途未命名的星系彎曲到地球。