引力波:首次直接发现双黑洞 将看到宇宙最早期

　　原编者按

　　在一波又一波传言后，终于!北京时间2016年2月11日23:40左右，激光干涉引力波天文台(LIGO)负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布，人类首次发现了引力波。

　　发布会上究竟揭开了哪些谜团?与之前的传言有何不同吗?

　　科普中国移动端科普融合创作项目特邀中国科学院国家天文台黑洞来客团队(团队主要成员苟利军研究员为国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人，而这次被探测到的引力波正是来自双黑洞系统)，全面解读这场激动人心的发布会。

　　一波又一波的引力波传言终于在北京时间2月11日晚上的美国自然基金会的新闻发布会中尘埃落定：人类首次直接探测到了引力波，这是真的!正如发布会所言，在被预言将近百年、苦苦追寻几十年之后，首个位于地球之外13亿光年的引力波源GW150914被人类直接探测到，这是一个值得纪念的伟大时刻，一个新时代的序幕正在拉开——地球人，欢迎你来到引力波时代!

　　激动人心的发布会结束了，其重点内容可以被简单归纳为三点：

　　(1)引力波终于被探测到了。

　　(2)引力波产生于两个恒星量级黑洞的合并(merger)。

　　(3)引力波是美国的激光干涉引力波天文台(英文简称LIGO)发现的。

　　接下来，让我们逐个分析和解释一下以上三点，从而对这项具有划时代意义的科学发现做一个稍微深入的了解：

　　双黑洞系统想象图。 图片来自LIGO网站

　　天外飘来引力波

　　对于“波”，我们并不陌生，生活中时常会听到无线电波、电磁波、声波、光波等等，引力波也是波的一种。

　　既然称之为引力波，它必然与引力有关。所以，在更深一步了解引力波之前，我们需要了解一下人类对于引力的认识过程。17世纪末的物理学家牛顿看到了下落的苹果，意识物体之间普遍存在的一种力，称之为“引力”，并且将其数学化，这就是我们熟知的万有引力。万有引力认识的精髓是物体质量的存在导致了引力，这在牛顿之后的两百多年里被认为是宇宙间的绝对真理。直到1905年狭义相对论发表，再到1915年广义相对论的发表，爱因斯坦提出了一种完全不同的对于引力的看法，引力是因为质量对于时空造成了变形所导致，而非质量之间的吸引。这就意味着，我们时空可被当做一种可以变形的介质来认识。所以引力波，简单来说，就是时空自身的波动。相比较我们熟知的无线电波(或者电磁波)，它仅仅是在时空之中传播的，时空是它的媒介。

　　人们常说“星辰大海”，如果将时空视作海洋，那么天体就如同海洋生物一般。可以想象，如果大海中的某个生物摇了摇尾巴、或是晃了晃头，海水由此所产生的波动就会向外传播。与此类似，宇宙中某个天体的剧烈活动，会对所在的时空产生扰动，时空自身的波动也会向远处传播，如果足够强，就能够为地球上的我们所感知。

　　在引力的世界中，我们的宇宙通常是平静的。可是在北京时间2015年9月14日17点50分45秒，地球上的LIGO探测器却探测到了来自于宇宙深处距离地球13亿光年之外的一场引力风暴，来自于一个双黑洞系统的合并，以它的探测日期命名为 GW150914。

　　LIGO的两个观测站探测到了同一个引力波事件。上面为观测得到的曲线，下面是和理论相比较之后的拟合结果。 图片来自LIGO所发文章

　　两个黑洞的“火并”

　　此次发布会的另外一个亮点就是双黑洞。这也是人们首次直接发现双黑洞，这两个黑洞的质量分别为26和39太阳质量，属于恒星级黑洞。或许你已经听腻了黑洞，生活中时不时的会听到某某黑洞爆发了，某某黑洞吞吃恒星了等等。但是这此发现却有些不同，两个天体都是黑洞，互相绕转，最后合并。这听起来像是一场黑吃黑的火拼，甚至有点儿像港片里熟悉的火爆场面。黑洞合并产生了非常强烈的时空振荡，所以我们遥远的地球才观测到了。

　　黑洞通常认为是大质量(超过25个太阳质量，请注意这是前身星的质量)的恒星在其演化的最终阶段，恒星中心会形成我们了解的恒星级黑洞。它们的质量通常预计在3个太阳质量到100个太阳质量之间。因为黑洞本身没有任何的辐射(不考虑量子效应下的霍金辐射，它的电磁辐射也是异常微弱)，所以我们不能直接看到黑洞。我们的银河系或者其他类似的星系当中当中，每个星系都预计存在着上千万个恒星级黑洞，但是绝大多数的黑洞都是孤独存在的天体，如同幽灵般，没有任何辐射或者辐射及其微弱，所以很难被看到。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/