新的引力波探測包括有史以來最大、最遙遠的黑洞碰撞

來自黑洞合併的四個新訊號預示著 LIGO 和 Virgo 天文臺即將到來的資料洪流

巨星爆炸後,可以形成兩種型別的殘骸:質量更大的黑洞和質量較小的中子星。 在此圖中,兩種型別的殘骸都按質量和發現方法顯示。 透過 X 射線觀測探測到的黑洞以紫色顯示,而透過引力波探測到的合併黑洞以藍色描繪。 一些中子星也以黃色顯示,橙色伴隨著兩個在 2017 年被觀測到合併的中子星。

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科學家們已經識別出另外四個來自外太空巨大碰撞的幽靈般訊號,其中包括迄今為止最大的碰撞,這使得他們在短短幾年內探測到的引力波總數達到 11 個。 更棒的是,如此豐富的觀測結果足以讓科學家們對我們周圍的世界以及充滿世界的黑洞做出更廣泛的發現。

一個隸屬於美國雷射干涉引力波天文臺 (LIGO) 及其歐洲 counterpart Virgo 的研究團隊於週六(12 月 1 日)在一次科學會議上公佈了這四項新探測結果。

“科學界花了一個世紀才證實愛因斯坦關於引力波存在的預測,”英國格拉斯哥大學的物理學家 Sheila Rowan 在一份宣告中說。 “但自那時以來,我們發現的速度令人振奮,我們預計未來會有更多令人興奮的探測結果。” [探索引力波:LIGO 雷射干涉儀專案照片]


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引力波通常被描述為“時空中的漣漪”,是由成對的黑洞或中子星產生的——它們是恆星爆炸時產生的兩種極其巨大、緻密的殘骸形式。 這些成對的天體相互繞軌道執行,彼此越來越近,並在此過程中引起引力波向外擴散,直到它們最終碰撞。

感謝 LIGO 和 Virgo 探測器,地球上的科學家現在可以捕獲這些訊號,這使他們能夠研究碰撞和所涉及的天體。 隨著引力波科學領域的成熟,新的探測結果呈現出不同的基調。 2016 年 2 月宣佈的首次探測因其存在本身而引人注目,但在隨後的近三年中,雙黑洞合併已開始趨於常規。

新的公告是迄今為止一次性發布的最大一批探測結果,其中包括迄今為止觀測到的質量最大、距離最遠的碰撞事件。 現在,科學家們已經掌握了總共 10 個雙黑洞合併探測結果(以及去年秋天宣佈的一個雙中子星合併),他們可以開始對一般的黑洞得出一些結論。

“引力波使我們能夠前所未有地深入瞭解黑洞的種群和特性,”西北大學的天體物理學家 Chris Pankow 在一份宣告中說——例如,大多數由恆星形成的黑洞包含的物質少於 45 個太陽的質量。 “我們現在對恆星質量雙黑洞合併的頻率及其質量有了更清晰的認識。 這些測量將進一步使我們能夠了解我們宇宙中最巨大的恆星是如何誕生、生存和死亡的。”

新宣佈的引力波觀測結果並非在新資料中發現——事實上,LIGO 和 Virgo 自 2017 年 8 月以來一直處於升級停機狀態。

相反,新的探測結果是在重新審視 2017 年 11 月 30 日至 8 月 25 日期間收集的資料時發現的。 科學家們已經發表了在此期間觀測到的三個黑洞合併事件,以及迄今為止發現的唯一一次雙中子星碰撞。

探測器計劃於 2019 年初再次開始觀測,科學家們認為他們將在那次觀測執行期間每月發現兩次黑洞合併。 但與此同時,他們可以繼續研究這四項新發現。

這項研究在 LIGO 和 Virgo 團隊於 12 月 1 日釋出的兩篇論文中進行了描述。

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Meghan Bartels is a science journalist based in New York City. She joined 大眾科學 in 2023 and is now a senior news reporter there. Previously, she spent more than four years as a writer and editor at Space.com, as well as nearly a year as a science reporter at Newsweek, where she focused on space and Earth science. Her writing has also appeared in Audubon, Nautilus, Astronomy and Smithsonian, among other publications. She attended Georgetown University and earned a master’s degree in journalism at New York University’s Science, Health and Environmental Reporting Program.

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