對一次雙黑洞併合所產生重力波的觀測
十億年前,兩個黑洞相撞,而我們,聽見了時空本身的鳴響。
科學家首次直接探測到了重力波——那是十多億年前,兩個黑洞相撞時,在時空中激起的漣漪。
把這個想法拆開看
一個世紀前,愛因斯坦預言:宇宙中的劇烈事件——比如兩個黑洞相撞——應當會在時空本身中激起漣漪,向外擴散時,把空間拉伸又壓扁,就像池塘上的波。但傳到地球的漣漪,會微弱得不可思議,整整一百年裡,沒人能測量如此微小之物。
它從哪裡來
LIGO,正是為捕捉牠們而造的機器:兩臺巨大的、L 形的探測器,臂長 4 公里,用雷射束以幾乎不可能的精度,測量這兩條臂的長度。當一道重力波滾滾而過時,它會把一條臂拉長、另一條縮短,幅度只有一根頭髮絲的粗細——實際上,遠小於一個原子的寬度。2015 年 9 月 14 日,兩臺相距遙遠的探測器,在幾乎同一瞬間,以完全相同的方式輕輕一顫。牠們,感受到了十多億光年之外兩個黑洞併合所傳來的震顫——距愛因斯坦的那個預言,幾乎正好一百年。
它為何重要
這印證了愛因斯坦廣義相對論中最後一個未經檢驗的重大預言——在他作出預言的一百年之後。更重要的是,它給了天文學一種全新的「感官」:在此之前,我們只能用「光」去「看」宇宙。如今,我們可以透過「重力」去「聽」它,從而探測到那些根本不發光的東西——比如相撞的黑洞。
為什麼叫「啁啾」
隨著兩個黑洞盤旋著越靠越近,牠們繞著彼此轉得越來越快,發出的重力波也隨之音調升高、音量變大——正像一隻鳥越來越急的啁啾。把這個訊號變成聲音,你聽到的就是這樣:一聲上揚的滑音,然後「砰」地一下併合。音調升得有多快,洩露了黑洞有多重。在下方設定牠們的質量,看那啁啾如何改變形狀。
之後發生了什麼
GW150914 只是頭一個。如今,LIGO 與它的夥伴探測器,已經捕捉到了數十次黑洞相撞,而在 2017 年,牠們聽見了兩顆中子星併合——這一事件,望遠鏡也以一道光的爆發看見了它,揭示出它是一座鍛造金與鉑的宇宙熔爐。每一次探測,都是宇宙黑暗那一面——那根本不發光的一面——所奏出的某種音樂裡的一個音符。
On September 14, 2015 at 09:50:45 UTC the two detectors of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory simultaneously observed a transient gravitational-wave signal.
This is the first direct detection of gravitational waves and the first observation of a binary black hole merger.