黑洞、重力波與宇宙學
重力波偵測(LIGO)
2015年9月14日,位於美國的兩座LIGO天文台捕捉到了時空中一陣微弱的震顫,這是人類史上第一次直接偵測到重力波。它來自兩個黑洞——各自約為太陽質量的三十倍——在十億多光年之外螺旋相會、合併。在最後那不到一秒的瞬間,它們以重力波形式輻射出的功率,超過了可見宇宙中所有恆星發光功率的總和。
LIGO的工作方式,是把一束雷射分到兩條相互垂直的長臂裡,每條臂長四公里,再讓光彈回來比較兩條路徑。一道經過的波會以小到無法想像的幅度拉伸一條臂、擠壓另一條臂,使雷射光程發生恰好足以被記錄的偏移。所需的精度,就像把測量到一顆鄰近恆星的距離精確到一根頭髮絲的寬度,這正是為何要花數十年的工程努力才能達到。
這次偵測的意義,遠不止又一次證實了愛因斯坦。它開啟了一種全新的觀測宇宙的方式,一種完全不依賴光的方式。望遠鏡看到的是電磁波;重力波偵測器感受的是時空的搖晃,讓我們得以「聽見」黑洞與中子星相撞這類幾乎不發光或完全不發光的劇烈事件,並揭示宇宙中那些此前不可見的部分。
GW150914: 2 × ~30 M_sun black holes → 1 black hole + ~3 M_sun c^2 of waves
在首次偵測中,約三個太陽質量的能量在不到一秒內以重力波形式逸出。
自1970年代起,雙星脈衝星就提供了間接證據,但2015年才是首次直接捕捉。偵測器並不「看到」影像;它們記錄的是一段波形,而要在天空中定位波源,則需要多台偵測器協同工作。
又稱
另見