对一次双黑洞并合所产生引力波的观测
十亿年前,两个黑洞相撞,而我们,听见了时空本身的鸣响。
科学家首次直接探测到了引力波——那是十多亿年前,两个黑洞相撞时,在时空中激起的涟漪。
把这个想法拆开看
一个世纪前,爱因斯坦预言:宇宙中的剧烈事件——比如两个黑洞相撞——应当会在时空本身中激起涟漪,向外扩散时,把空间拉伸又压扁,就像池塘上的波。但传到地球的涟漪,会微弱得不可思议,整整一百年里,没人能测量如此微小之物。
它从哪里来
LIGO,正是为捕捉它们而造的机器:两台巨大的、L 形的探测器,臂长 4 公里,用激光束以几乎不可能的精度,测量这两条臂的长度。当一道引力波滚滚而过时,它会把一条臂拉长、另一条缩短,幅度只有一根头发丝的粗细——实际上,远小于一个原子的宽度。2015 年 9 月 14 日,两台相距遥远的探测器,在几乎同一瞬间,以完全相同的方式轻轻一颤。它们,感受到了十多亿光年之外两个黑洞并合所传来的震颤——距爱因斯坦的那个预言,几乎正好一百年。
它为何重要
这印证了爱因斯坦广义相对论中最后一个未经检验的重大预言——在他作出预言的一百年之后。更重要的是,它给了天文学一种全新的「感官」:在此之前,我们只能用「光」去「看」宇宙。如今,我们可以透过「引力」去「听」它,从而探测到那些根本不发光的东西——比如相撞的黑洞。
为什么叫「啁啾」
随着两个黑洞盘旋着越靠越近,它们绕着彼此转得越来越快,发出的引力波也随之音调升高、音量变大——正像一只鸟越来越急的啁啾。把这个信号变成声音,你听到的就是这样:一声上扬的滑音,然后「砰」地一下并合。音调升得有多快,泄露了黑洞有多重。在下方设定它们的质量,看那啁啾如何改变形状。
之后发生了什么
GW150914 只是头一个。如今,LIGO 与它的伙伴探测器,已经捕捉到了数十次黑洞相撞,而在 2017 年,它们听见了两颗中子星并合——这一事件,望远镜也以一道光的爆发看见了它,揭示出它是一座锻造金与铂的宇宙熔炉。每一次探测,都是宇宙黑暗那一面——那根本不发光的一面——所奏出的某种音乐里的一个音符。
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.