親子觀星會

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再次探測到引力波信號 源自14億年前的黑洞合併

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美國天文學會第228屆年會 _LIGO將召開新聞發佈會
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  LIGO探测的重力波來源 GW150914
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廣義相對論發表100年後才終於偵測到重力波

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LIGO偵側到合併中黑洞的重力波 GW150914 重力波或可解決六大宇宙問題
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   LIGO偵側到來自合併中黑洞的重力波
GW150914
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科學家偵測到宇宙巨大活動所產生的漣漪現象，可能開啟天文學的新紀元

爱因斯坦预言成真：引力波终于被发现了？  双黑洞系统的合并 GW150914
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引力波探测器 還是沒找到时空涟漪
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美科学家提出探测重力波的新方案

http://www.cnbeta.com/articles/340387.htm

纽约自然历史博物馆天体物理学家发现可通过观测恒星亮等的变化来寻找弥散在时空中的引力波。科学家Barry McKernan是本项研究的主要负责人，他认为强大引力波的产生前提是具有巨大的质量，如果恒星的振动频率与引力波相同，就可以吸收大量的能量，那么我们就能够探测到引力波的信号，这就像一架能够产生引力波的钢琴向外弥散出引力波，而一颗恒星附近存在相同振动频率的小提琴，两者之间会产生共振，并反馈到恒星的亮等上

(http://img1.gtimg.com/tech/pics/hv1/147/17/1734/112757832.jpg)

据国外媒体报道，引力波是宇宙中一种神秘的能量，科学家已经发现引力波的来源主要是宇宙中恐怖的碰撞事件，比如黑洞合并、超新星事件等，这些宇宙级的天体行为能够产生强大的引力波。虽然大质量天体的碰撞、合并事件能够产生强大的引力波，但这些能量传递到地球时已经非常微弱，以至于我们需要极高精度的测量仪器才有可能探测引力波的信号，现在位于纽约自然历史博物馆天体物理学家提出了一种探测引力波的新方法，即通过观测恒星亮等的变化来寻找弥散在时空中的引力波。

阿尔伯特·爱因斯坦在广义相对论中提出了时空涟漪的概念，认为这样的涟漪如同海浪一样，也具有能量，其大小取决于产生涟漪物体的质量，质量越大的天体能够形成更强大的引力波，因此这样的引力波传递距离也比较远。在过去将近一个世纪的时间内，科学家们一直在寻找引力波的信号，但是到目前为止仍然没有直接探测到引力波的信号，研究人员只能寻找其他方法来提升激光探测装置的精度，由于引力波非常微弱，探测它的信号是非常困难的。

纽约自然历史博物馆的科学家Barry McKernan是本项研究的主要负责人，他认为强大引力波的产生前提是具有巨大的质量，如果恒星的振动频率与引力波相同，就可以吸收大量的能量，那么我们就能够探测到引力波的信号，这就像一架能够产生引力波的钢琴向外弥散出引力波，而一颗恒星附近存在相同振动频率的小提琴，两者之间会产生共振，并反馈到恒星的亮等上。天文学家如果发现恒星集群的亮等增加，那么就说明这里有强大的引力波通过。

本项研究论文的第一作者为科学家Barry McKernan，他的同事Saavik Ford等人也参与了本项调查，相关文献发表在近期的英国皇家天文学会月刊上

观察控制量子运动新方法：有助于发现时空涟漪
http://www.cnbeta.com/articles/427867.htm

据国外媒体报道，时空涟漪-引力波有助于揭示140亿年前宇宙形成的奥秘。但是迄今为止，发现这种引力波依然是一件很困难的事情。现在，美国科学家宣称他们找到了一种新的方法，这种方法能够增加引力波的发现概率。加州理工学院的研究人员宣称，他们找到了一种新的方法，能够观察和控制相对较大物体的“量子运动”。时空涟漪-引力波有助于揭示140亿年前宇宙的形成。但是迄今为止，发现这种引力波依然是一件很困难的事情。现在，美国科学家宣称他们找到了一种新的方法，这种方法能够增加引力波的发现概率。


经典物理学的原理只适用于解释较大尺度物体的物理现象，而在量子力学的尺度上，没有物体是真正静止的。


(http://static.cnbetacdn.com/article/2015/0908/1e2738c19083132.jpg)

Schwab教授和他的团队设计了一个微米级的装置，该装置能够观测到量子噪声并且控制它。这个装置是由一个柔性铝片置于硅基质表面组成，当铝片以350万次每秒的频率振动时，就会与超导电路相连通。

现在经典物理学的原理只适用于解释较大尺度物体的物理现象，而在量子力学的尺度上，没有物体是真正静止的。加州理工学院应用物理学教授Keith Schwab称：“在过去几年中，我们和世界上的其它一些团队找到了一种方法，该方法通过冷却来使微米级的物体静止，冷却后的物体会回到量子基态从而静止。但是即使处于量子基态，物体仍然有微小的振动，也可以称之为“噪声”。”

理论上量子振动或者叫量子噪声是所有物体所固有的本质运动，永远不会消失，因此它可以被用于检测引力波的存在。Schwab教授和他的团队设计了一个微米级的装置，该装置能够观测到量子噪声并且控制它。这个装置是由一个柔性铝片置于硅基质表面而组成，当铝片以350万次每秒的频率振动时，就会与超导电路相连通。

根据经典物理学理论，当振动装置最终冷却至基态时，就会完全静止。然而实验观察并非如此，Schwab和他的团队成员发现，当装置处于基态时，残余能量，也就是量子噪声依然存在。Schwab教授称：“这种能量是用来描述量子世界本质的。我们知道量子力学可以用来解释电子行为。但在此处，我们将量子物理学应用于相对较大的物体上，这样就能在光学显微镜下进行观察，我们所观察的不是一个而是上万亿个原子的量子效应。”随后，科学家找到了一种能够控制量子噪声的方法，并且能够周期性地减少量子噪声。

Schwab解释说：“主要有两个变量用来描述这种运动或噪声，通过实验证实我们确实能够将第一个变量的波动变小，但同时会导致第二个变量的波动变大，这就是所谓的量子压缩态。我们在一个地方压缩了噪声，但是由于压缩，噪声不得不跑到其它地方。不过，只要那些地方不是我们所需要测量的，就无关紧要。”

未来，这种控制量子噪声的方法可以被用来提高灵敏度极高的测量的精度，例如激光干涉引力波天文台(LIGO)进行的测量。LIGO进行的这种测量主要用来寻找引力波的存在。Schwab教授称：“我们的工作目的就在于能够在更大的物体尺度上进行量子力学检测，直到有一天能真正探测到引力波”。

他们的研究成果已经发表在《科学》杂志上，题为”机械谐振器内受压缩的量子运动(Quantum squeezing of motion in a mechanical resonator)”。

http://www.cnbeta.com/articles/427775.htm
欧空局LISA探路者飞船搭载了探测引力波的设备，将于今年晚些时候发射进入太空，这将使研究者有机会第一次在太空中探测引力波。

长久以来，科学家们一直试图探测爱因斯坦广义相对论预测的引力波。宇宙中大灾难性事件，如星系合并会产生引力波，确认引力波的存在，将极大拓展科学家们对宇宙的“听觉”。LISA探路者脱离火箭进入太空之后，飞船内的仪器将测量两个质量物体之间距离微小的变化，如果设备正常工作，设备将被最终用于引力波探测器当中。

欧空局表示，在这一领域，测量需要非常精确的控制，对现有技术构成巨大挑战。尽管宇宙中暴力事件引发引力波，但是引力波对时空结构的扰动非常小，这就是为什么探测仪器的精度要求非常高的原因。

在脱离织女星火箭后，LISA探路者将进入绕地轨道， 8周后，飞船将开始一个为期六个月的技术演示。如果一切按计划进行，欧空局将用它进行第二个任务，命名为L3，即寻找引力波。

http://www.cnbeta.com/articles/434557.htm

爱因斯坦提出相对论中的引力波概念已有100年了，但一项由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的帕克斯望远镜执行了11年的搜索并未发现引力波，这为人类深入理解星系和黑洞带来深深的疑虑。引力波就像是时空的涟漪，带有强大的吸引力，科学家认为它能携带信息，允许我们回溯宇宙起源时候的状态。尽管对于其存在有很强大的间接证据，但引力波至今还没有被直接检测到。由CSIRO和国际射电天文学研究中心的岩·香农博士率领的研究团队，发表在最近出版的《科学》杂志上的报告称，他们持续11年用高精度的帕克斯望远镜来寻找引力波存在的直接证据，但是到目前仍一无所获。

科学家们本来希望能探测到来自宇宙深处星系合并时传来的“轰隆隆”引力波背景声，“但是我们什么都没听到。”香农说，“这似乎是最安静的地方了，至少对于我们要寻找的这类波来说。”

星系通过合并完成成长过程，每个较大星系都被认为在其中心位置有一个超大黑洞。当两个星系结合时，黑洞吸引到一起并形成双轨道。爱因斯坦的理论预测双轨道会形成死亡螺旋，将阵阵涟漪也就是引力波，通过宇宙的结构——时空通道传送出来。爱因斯坦的广义相对论中唯有引力波始终未被证实。

香农的团队通过检测一系列“毫秒脉冲星”来寻找引力波，通过地球和毫秒脉冲星之间的引力波能够挤压或者拉伸空间。由于没有找到引力波，研究人员怀疑黑洞合并得太快，盘旋的时间非常短。但不管如何解释，都意味着探测引力波还需要花费很多年。

英国剑桥大学这一领域的专家林德利·兰塔提博士说：“如果探测更高的频率可能会有收获。”天文学家还将利用2018年开始建设的高灵敏平方公里阵列望远镜来继续探测，来自斯威本大学的项目成员维克拉姆·拉微说：“基于地面的探测器正在寻找其他来源比如凝聚中子星的高频引力波。

http://www.cnbeta.com/articles/473575.htm

一直闹得沸沸扬扬的引力波传言，似乎有了更近一步的消息流传出来。根据Science网站，一篇投往Nature杂志的文章（或将于2月11号正式发表）称，激光干涉引力波天文台(应该是升级版的Advanced LIGO)探测到了双黑洞合并时的引力波！

(http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0207/60b1f00c154c16c.jpg)

给定Advanced LIGO两个探测中心之间的距离，通过到达时间差推断出引力波的传播速度和光速一致。探测信号较强，达到5.1σ（物理学家通常将超过5σ信号定义为比较确定的发现），黑洞的初始质量分别为36和29太阳质量，合并后为62个太阳质量，甚至探测到了并合以后铃荡(ring-down)的信号，它最终变成了一个Kerr黑洞。传播速度跟光速一致！

如果大质量天体发生碰撞、超新星爆发等极端宇宙事件会产生强大的引力波，这是爱因斯坦广义相对论中一个重要预言。

形象一点来说，引力波可以被看做是一种时空涟漪，会像波一样传递开来。数十年来，科学家们一直在寻找引力波，但都没有发现。引力波的发现，是对广义相对论的直接验证，也为我们打开了认识宇宙的全新窗口。如果这次发现属实，将是一次里程碑式的科学发现，其结果或将直接问鼎诺奖。

引力波的产生（示意图）

(http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0207/b885ee3b7948555.jpg)

双黑洞合并过程中的三个阶段（上）：旋进(inspiral)、合并(merger)、铃荡(ringdown)。

http://apod.nasa.gov/apod/ap160207.html

(http://apod.nasa.gov/apod/image/1602/hanford_ligo_960.jpg)

http://www.geekwire.com/2016/after-gravitation-wave-rumors-its-getting-close-to-go-time-for-advanced-ligo-results/

http://hssszn.com/?p=8583

有一些傳聞正在流傳，說科學家總算發現了重力波，重力波是愛因斯坦對宇宙如何運作的理解中，最重要的變數之一。如果確認了，這項觀測結果將會是百年來物理學的一大躍進。

當愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論，這讓人類的物理學推進好幾年，而且也改變了我們對宇宙運作的理解。他用一個新的方式去設想時空（包含3度空間與時間的系統）與重力，讓我們知道時空是動態的，而不是靜態的，而大型物體的重力會扭曲時空。

愛因斯坦更進一步預測重力是以波的型態行進。這些漣漪就像一個網，會對空間事件（恆星爆炸、星系碰撞或是任何大規模的事件）做出反應。這些事件會製造出扭曲時空結構的漣漪。物體越大，產生的漣漪就越大。

http://www.cnbeta.com/articles/474251.htm

(http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/41080c0cddd85b8.jpg)
双黑洞系统想象图。（来源于LIGO网站））

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？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。

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：
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。
(http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/12c0afa9d0fc4fb.jpg)

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。（来源于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。

所幸，有的黑洞处于双星系统当中，就像发布会中提及的系统，而且另外一个天体是正常的恒星（也称之为伴星）。在这种情形之下，黑洞会从正常恒星上吸积气体，在其周围产生一个吸积盘，以至于某些时候吸积气体的量过多，不能被黑洞直接吞掉，这时还会沿着黑洞的两个转轴将多余的气体抛射出去，从而产生非常壮观的喷流。正是因为吸积盘和喷流的存在，他们都能够产生我们非常熟知的电磁辐射（也就是有我们熟知的光子产生），从而我们利用传统的探测方式，比如地面或者太空的望远镜，就可以间接地探测黑洞的存在。

大约在50年前，人类就是利用此方法发现了第一个黑洞候选体，天鹅座X-1 （Cygnus X-1）。在1974年，地球上两颗聪明的大脑、理论物理学家霍金和好朋友基普·索恩就这个候选体是不是黑洞而打了个赌，他们以一年的成人杂志《阁楼》作为赌注。后来的观测是利用天鹅座X-1中的伴星运动测得了黑洞质量，大约为15个太阳质量，从而霍金认输并且在两人的赌书上签名按上了自己的手印。基普·索恩从那时起就赢了。

对于双黑洞系统，他们几乎不会产生能够为传统方式所观测到的光子。所以，即使它们存在，仅凭借传统的观测方式，我们也无法发现他们。况且，很多的人都怀疑它的存在。但是，在双黑洞绕转，尤其是合并之时，会产生很强的引力波。只要引力波探测器足够灵敏，我们就可以发现它们的踪影。面对大家的怀疑，LIGO的发现用事实证明了它的存在。而此次发现引力波的天文台的创建人之一就是基普·索恩——索恩教授又一次赢了！

引力波为黑洞做名片

在观测到了完整的引力波形之后，利用一种叫做匹配滤波（waveform matching）的方法，理论上就可以推断出系统的性质信息，包括合并之前和之后。比如，对于双黑洞系统，可以推断出合并之前的黑洞质量，自旋和轨道，以及合并之后的质量和自旋。此次新闻发布会中所提及的引力波事件，就得到黑洞的质量在合并之前是26个和39个太阳质量，合并之后是62个太阳质量（合并之前的两个黑洞自旋参数值限制的并不是很好），合并后黑洞是一个克尔黑洞，其自旋参数值为0.67。

你或许会有疑问，合并之后怎么少了3个太阳质量，它跑到什么地方去了？引力波也是携带能量的，在黑洞合并之时，它的形状非常不对称，不是我们看到的单个黑洞的球形，所以在振荡恢复的过程当中，一部分质量就通过引力波的方式辐射出去，从而为我们所接收。合并的时间非常之短，仅仅在大约0.05秒的时间，就将3个太阳质量（大约6.0E30公斤）的能量就通过引力波的方式释放出去，也就是说在一秒钟可以释放出大约10^32公斤的能量。相比较之下，我们的整个宇宙包含了大约1.0E22个太阳，而每个太阳每秒钟向外辐射大约4.0E9公斤的物质能量，所以黑洞合并的最后释放出比整个宇宙每秒钟辐射出的电磁总能量还要高出3倍。

(http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/3aa5437d0cd140c.jpg)

双黑洞系统在不同阶段所产生波形随时间演化图。双黑洞系统的演化包括三个阶段：旋近（inspiral）， 合并（merger）和铃振（ring down）阶段。（来源于LIGO所发文章）

我们注意到，合并前黑洞的质量为26个和39个太阳质量——这两个质量都比目前已知的恒星级黑洞要重许多。我们现在已经确认了大约20多个恒星级黑洞，最重的恒星级黑洞位于M33 X-7系统中，为16个太阳质量。而其它所有确定的黑洞质量均比这个小，大多数是七八个太阳质量左右。尽管理论之前预言了更大质量的黑洞的存在，但是之前从来还没有发现过，所以此次发现更大质量黑洞，对于黑洞的形成渠道也有着重要影响。

我们所看到的所有恒星，都是处于旋转当中。所以对于那些由恒星塌缩而形成的黑洞而言，它们也是处在旋转之中。对于黑洞的旋转，天文学家用一个叫做“自旋参数”的量来表示，它在0和1之间变化——0代表了没有转动的黑洞（也叫“史瓦西黑洞”），而1代表了理论上黑洞所具有的转动最大值（也叫“极端克尔黑洞”）。对于此次观测中合并以后的黑洞，它的自旋参数为0.67。如果我们以转速来描述，它在以每秒钟100转的速率转动。相较而言，我们刚才提到的人类第一个黑洞“天鹅座X-1”，它是一个极端克尔黑洞，差不多在以超过1000转每秒的速率转动。

如果你觉得转速依旧很难理解，那我们可以想象一下《星际穿越》电影的一个情节，主人公在卡刚都亚黑洞的行星上只呆了3个小时，但是后来却发现飞船上已经过了23年，时间相差了6万倍。要有这样巨大的时间差，其中条件就行星极度靠近黑洞的同时，黑洞也以最大速度转动。按照相对论理论所言，这样行星上的时间就会被极大的拉长。天鹅座黑洞的转速就具有类似于电影中卡刚都亚黑洞那样的转速。对于此次引力波探测到黑洞而言，即使有某个行星在其周围最靠近的稳定存在，那么对于它的时间也会流逝的很慢，不过不会有6万倍那么大的差别，最多也就2倍左右。

对于黑洞而言，有着非常著名的无毛定理，也就是说黑洞只需要简单的几个量就可以描述。对于宇宙当中的黑洞，只需要我们上面所说的质量和自旋参数就可以完整的描述。当我们知道了黑洞的质量和自旋参数一些性质时，我就可以很容易的对黑洞本身的全貌做出一个描绘，就如同给出了一个人的完整自画像。而引力波的方法可以快速给出黑洞的完整信息，这相比较传统的观测方式，更为有效，尽管在观测方面有些困难。

氢原子的百亿分之一

从预言到探测，物理学家等待引力波的到来已有一百年之久，为什么引力波这么难得一见？主要原因是，相比较其他的几种力（强力，弱力，电磁力），引力是最弱的，相应的引力波效应也就很弱。想当初爱因斯坦在发表自己新的理论之后，就估算了引力波的强度。引力波的强度通常利用相对变形大小来表示，但是结果往往是小的可怜，几乎无法探测到。引力波是时空的自身变形，在一个方向上被拉伸，在其垂直的另外一个方向上就会被压缩。如果我们有一天，我们被同样的双黑洞系统在合并时所产生的引力波（变化强度为1.0E-21）所击中的话，理论上来说，我们同样会经历一个稍微变高变瘦，然后变胖变矮一些的过程。实际上，对我们身高不超过2米的人类来说，导致的变化大约为2E-21，为一个氢原子的五百亿分之一（一个氢原子的大小大约为1.0E -10米）。

引力波的效应是如此之小，所以一方面需要增加探测的长度，来增强变化的效应，另外一方面通过巧妙的方法来探测到微小的变化。这也是此次新闻发布会中提到的激光干涉引力波天文台（LIGO）在建造之初所考虑的。它有两个观测点，分别建在美国华盛顿州的列文斯顿和路易斯安那州的汉福德。每个观测点都有两个互相垂直，每条长达4公里的臂。长臂中间是高度真空的管子，而在长臂两端，悬挂着大约直径34厘米、重达40kg的反射镜。LIGO的探测器利用激光干涉技术，不间断地测量每对反射镜之间的距离。每当引力波通过探测器时，人们会探测到两对反射镜之间的距离呈现此消彼长的周期性变化。

即使对于LIGO天文台4公里的长臂，引力波所造成的变化也是极其微小的。对于此次新闻报道中的双黑洞合并，其可能产生的尺度相对变化最高可为1.0E-21，意味着4公里的长度也仅仅只变化了一个氢原子直径的2.5千万分之一。为了达到这个精度，LIGO的科学家做了许多精密的设计，保证探测系统的稳定，保证LIGO反射镜的位置随机涨落小于一个氢原子大小的百亿分之一，从而保证可以相对比较容易的探测到可能的引力波源。

LIGO在1999年建成并且开始运行。但是在进行升级之前（也就是2010年），没有探测到任何确定的引力波事件。从2010年开始，LIGO对探测器进行了第二阶段的升级，2015年6月进行测试运行，2015年9月开始正式运行，第一阶段的科学运行一直持续到2016年1月，升级后的版本被称为Advanced LIGO （简称aLIGO）。而此次新闻发布会的结果其实就是在刚刚升级完之后，由还在进行测试中的的aLIGO所探测到的。相比较之前，aLIGO的探测灵敏度提高了10倍。而且此次的双黑洞所产生的引力波强度就在仅仅比最初LIGO的灵敏度低一些，所以当LIGO的升级刚刚完成，在试运行的阶段就发现了所报道的双黑洞系统。探测到引力波似乎就在本来的预料当中。就像发布会中所言，这或许是大自然给我们苦盼许久的一份礼物。2012年，LIGO天文台创建人基普·索恩在《科学》杂志的一篇评论文章中说，预计在2017年，第一例黑洞合并的事例将会被发现。当时预计LIGO的升级会在2016年底完成，结果是升级进度超前，让我们提前听到了宇宙时空的声音。

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LIGO和aLIGO灵敏度比较（左）；LIGO和aLIGO探测范围比较（右）。（图片来源于LIGO网站）

谁将撼动时空

那么在我们的星辰大海中，什么样的天体才能够撼动我们的这个宇宙时空，让位于遥远地球上的LIGO探测到呢？现在通常认为有如下四种：

（1）旋进（In-spiral）或者合并的致密星双星系统。比如中子星或者黑洞的双星系统。非常类似于发布会当中的系统。

（2）快速旋转的致密天体。这类天体会通过周期性的引力波辐射损失掉角动量，它的信号的强度会随着非对称的程度增加而增加。可能的候选体包括非对称的中子星之类的。在《星际穿越》电影当中，教授说它发现了引力波，而它的其中一个产生机制很可能就是由一个快速转动的中子星，其表面大约2厘米的凸起所产生的（具体分析可以参阅由基普·索恩撰写的星际穿越一书）。

（3）随机的引力波背景。非常类似于我们通常熟知的宇宙背景辐射，这一类背景引力波，也通常叫做原初引力波，它是早期宇宙暴涨的遗迹。2014年由加州理工、哈佛大学等几个大学的研究人员所组成的BICEP2团队曾宣称利用南极望远镜找到了原初引力波，但是后来证实为银河系尘埃影响的结果。原初引力波的探测将是对暴胀宇宙模型的直接验证，对于它的探测依旧在努力寻找之中。

（4）超新星或者伽马射线暴爆发。恒星爆发时非对称性动力学性质也会产生引力波。而直接探测到来自于这些天体的引力波，将是提供对这些天体最直接而且最内部的信息。

除过LIGO之外，还有意大利的VIRGO引力波探测器，日本的KAGRA探测器以及英国德国的联合GEO-HF探测器。相信在不远的未来，引力波的探测事例会如同春笋般爆发，越来越多。

(http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/8dad832e823b89e.jpg)
全球引力波天文台分布（来源于LIGO网站）

为一窥宇宙初生

毫无疑问引力波是对广义相对论的一个最直接的验证。另外它在弱场中已经得到验证，但是对已强引力之下的验证，之前却从来没有验证过。所以此次的观测，是对广义相对论的一个非常好的检验。

引力波以光速传播，它与物质的相互作用非常非常的弱，所以引力波可以给我们提供我们宇宙几乎无阻挡的图景，而这个几乎是无法利用我们熟知的电磁波来达到的。比如，利用引力波，我们可以看到宇宙的最早期，宇宙大爆炸之后的1.0E-36秒开始的宇宙形成过程，而对于电磁波而言，它最早只能看到大爆炸后的大约300，000之后的宇宙历史，在此之前，电磁波是不能给我们提供的。所以引力波是我们了解我们宇宙形成的最好工具。

如果还记得，在《星际穿越》电影中的结尾之时，主人公库珀身处一个5维时空的超体方体中，为了将从黑洞中心所提取出来的信息传递给身处4维时空的女儿墨菲，人为的制造引力波效应，成功将信息传递，从而人类得以解救。引力波从目前物理学家的认识来看，是唯一一种可以在不同维度传播的波。不同宇宙之间的碰撞，会产生引力波。说不定在不远的将来，我们也可以依靠引力波来判断多重宇宙的存在与否。

就如同一个天生的聋哑人，一直在听别人说声音的存在，突然有一天听力恢复了。我想我们此刻的心情也是差不多如此。引力波给我们打开了一扇全新的窗口。引力波是一种方式，是一种看待世界的方式。历史的发现轨迹告诉我们，每一扇新的窗口被打开，都会有令人称奇的发现。虽然LIGO的探测能力还是有限，一旦这个引力波的世界被撬开了一道小的裂缝，让我们看到了春天的种子，相信硕果累累的引力波丰收季节也不会太远

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http://www.cnbeta.com/articles/474227.htm


VIDEO

三分鐘搞懂重力波- YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=vNXJfDvNc2s&hd=1

LIGO
https://www.youtube.com/watch?v=B4XzLDM3Py8&hd=1

https://www.youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw&hd=1

http://technews.tw/2016/02/12/gravitational-wave/

今天宣布發現重力波證據，證實了愛因斯坦 100 年前所做的預測，也是黑洞專家的英國天文物理學大師霍金表示，他相信這是科學史上重要的一刻。


霍金（Stephen Hawking）接受英國廣播公司（BBC）專訪時表示：「重力波提供看待宇宙的嶄新方式，發現它們的能力，有可能使天文學起革命性的變化。這項發現是首度發現黑洞的二元系統，是首度觀察到黑洞融合。」

「除了檢驗（愛因斯坦的）廣義相對論，我們可以期待透過宇宙史看到黑洞。我們甚至可以看到宇宙大爆炸時期初期宇宙的遺跡、看到其一些最大的能量。」

國際科學家今天表示，他們已窺探到重力波的首個直接證據，即愛因斯坦於一個世紀前預測的時空漣漪，這是物理學和天文學界的劃時代發現。

研究人員宣布，當兩個黑洞於約 13 億年前碰撞，兩個巨大質量結合所傳送出的擾動，於 2015 年 9 月 14 日抵達地球，被地球上的精密儀器偵測到。

資助這項研究的美國國家科學基金會（US National Science Foundation）負責人柯多瓦（France Cordova）表示，「如同伽利略首度把他的望眼鏡指向天空，這項對天空的新觀測，將會加深我們對宇宙的理解，引發超乎預料的發現。」

這個現象由兩個設在美國的地下探測裝置觀測到，此裝置主要用來偵測重力波的微小震動，這項觀測計畫的名稱是「宇宙重力波雷射監測站」（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, LIGO）。

科學家花費數個月時間驗證資料並通過同儕審查程序，才於今天宣布這個訊息，標誌著全球各地研究團隊數十年努力的最高潮。

柯多瓦說：「LIGO 迎來天體物理學全新領域的誕生。」

愛因斯坦 1916 年左右在廣義相對論中提出重力波理論，認為聚集成團的物質或能量的形狀或速度突然改變時，會改變附近的時空狀態，效應就像漣漪以光速在宇
宙傳播。

重力波以光速傳遞，無法加以阻擋或阻撓。由於重力波產生的時空扭曲非常微小，在此之前科學家從未成功觀測到。

過去數十年來許多跨國科學團隊都致力於找尋重力波存在證據，但重力波對於附近時空的衝擊因距離地球太遠，弱不可見，加深觀測的難度。以地球和 4.3 光年之外的半人馬座 α 為例，被重力波扭曲的太空可能只有一根頭髮般的變化。

http://www.cnbeta.com/articles/474339.htm

在美国的LIGO计划开始之后，欧洲也开始进行引力波探测计划。目前，比较大型的探测器是由英国和德国合作，在德国Hannover附近建造的GEO 600探测器，以及由法国和意大利合作，在意大利Pisa附近的VIRGO探测器。GEO 600探测器的壁长是600米，而VIRGO的臂长是3000米。相比之下,VIRGO的造价和性能都远高于GEO 600，而和LIGO相当。

日本也开始建造大型的KaGRA引力波探测器。早年，在日本有一个TAMA300探测器，位于东京附近的三鹰市，在日本的国家天文台院内，臂长300米。日本科学家多年来一直致力于推动大型引力波探测，这个KaGRA项目终于在2008年立项。目前，这个探测器的建设已经基本完成，进入了调试阶段。
前些年，印度也开始加入了引力波探测的行列。LIGO实验室和印度引力波物理学界已经达成协议，计划把LIGO的一部分实验设备运往印度，并在印度开设一个LIGO-India的引力波观测站。

早在上世纪70年代，引力波探测这一被诺贝尔奖获得者杨振宁称为“投钱少，有重大科学意义”的研究领域，就曾经在中国引起过热潮。但中国的研究从1998年起中断十余年。

2008年，在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下，中科院多个研究所及院外科研单位共同成立了科学院空间引力波探测工作组，开始探索中国空间引力波探测的可行性。这一项目被列入中科院空间科学2050年规划。

中国目前在引力波探测方向的项目是“天琴计划”，根据目前的设想，“天琴计划”主要将分四阶段实施：第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施;第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证，以及空间等效原理实验检验;第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证，以及全球重力场测量;第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术，发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。



USA  激光干涉引力波天文台(LIGO)
http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=26&topic=21683.0
雷射干涉重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
是美國分別在路易斯安那州的列文斯頓和華盛頓州的漢福德建造的兩個重力波探測器。


欧洲  英国  德国Hannover附近  GEO 600探测器

欧洲   法国和意大利合作，在意大利Pisa附近的VIRGO探测器
日本  TAMA300探测器

http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=45&topic=19957.new#new

LIGO

圖1      46° 27′ 18.52″ N, 119° 24′ 27.56″ W
    華盛頓州漢福德區
(http://familystar.org.tw/forum/index.php?action=dlattach;topic=19957.0;attach=79036;image)

圖2  路易斯安那州利文斯頓
    30° 33′ 46.42″ N, 90° 46′ 27.27″ W

(http://familystar.org.tw/forum/index.php?action=dlattach;topic=19957.0;attach=79037;image)

http://www.ngtaiwan.com/27971

科學家偵測到宇宙巨大活動所產生的漣漪現象，可能開啟天文學的新紀元。

人類尋找重力波(gravitational wave)將近一個世紀之後，終於獲得成功。在雷射和鏡子的協助下，科學家已直接觀測到重力波。

兩個相互環繞運行的黑洞，一個是太陽質量的36倍，另一個是太陽質量的29倍，高速相撞，釋放出重力波。

從大約13億光年之遙，這些重力波向外擴散，有如宇宙中的漣漪，在去年9月14日通過地球，在四組鏡子的距離上造成非常小、但可測量的改變－其中兩組鏡子在路易斯安那州，另外兩組在華盛頓州。

在兩個黑洞合併的最後一刻，它們釋放出的能量是宇宙所有銀河所有恆星釋放能量總和的50倍。

加州理工學院物理學家萊茲(David Reitze)在記者會上宣布這項重大發現時表示：「這是宇宙首次以重力波與我們對話。」

對於監控「雷射干涉儀重力波天文台」 (LIGO)的科學家而言，地球上收到的訊息像是鳥兒啁啾（chirp），先前預期將會伴隨兩個黑洞的死亡與合一而來。

「我們可以聽到重力波，我們可以聽到宇宙，」路易斯安那州立大學物理與天文學教授凱碧歐拉･岡薩雷茲(Gabriela Gonzalez)說。「我們不僅可以看到宇宙，現在還能用聽的。」

許多人認為，這項發現可望贏得諾貝爾獎。有關LIGO團隊這項重大發現的消息在社群媒體上流傳已久，就算沒有數月、也有數週的時間，不斷傳出即將會有正式的發布會。

感受震動

愛因斯坦1916年首次假設「重力波」，這是他的廣義相對論中最為矛盾的部分之一。「重力波」在極端活動中產生，例如相撞的黑洞、合併的中子星、或是爆炸的恆星，這些活動充滿能量，十分激烈，足以扭曲「空時」（spacetime），導致空間／時間延展與收縮。

但是，你或許可以想像，這些改變並非一般常理可以說明。否則的話，我們將會看到時鐘走動不一致，地景一直在伸展與壓縮。然而，「重力波確實正在穿越我們，」加州理工學院LIGO小組領導人艾倫･溫斯坦（Alan Weinstein）表示，「我以左臂打賭這是真的。我是左撇子。」

這意謂這些強有力的波掃過地球，其作用恰如其分地非常難以偵測。「空間的延展與收縮瘋狂地小，」溫斯坦表示。他指出，針對相距一公尺坐下的兩人，穿越的重力波可能改變兩人之間的距離僅僅10-21公尺，也就是質子直徑的百萬分之一。

但是，放置兩面鏡子相距四公里，就像LIGO團隊所做，重力波的作用和質子直徑的萬分之一相似。「那是我們能做的，」溫斯坦說。

LIGO團隊設置兩具相似的L型偵測器，一具在路易斯安那州利文斯頓，另一具在華盛頓州漢福德，兩者的距離橫跨整個美國。對於重力波的訊息而言，必須出現在兩具偵測器上才算數。偵測器由兩組鏡子構成，兩組鏡子呈垂直狀。穿越的重力波會在一個方向延展空間／時間，在另一個方向壓縮空間／時間，導致偵測器的臂部出現不可思議地的微小震動，並由雷射偵測到。

這套裝置是全球最為敏銳的偵測設備，除了偵測重力波之外，也可以感應到六州之遙的卡車、地震和打雷的震動，還有全球定位衛星的訊號，以及地球上層大氣的電磁波。這一切的噪音必須過濾掉，才能偵測到來自重力波的微小訊息。

(http://www.ngtaiwan.com/wp-content/uploads/2016/02/01_new_wave.adapt_.590.1.jpg)
電腦模擬顯示，兩個相互環繞運行的巨大黑洞，釋放出重力波

經過數十年的計畫和戲劇性的政治事件之後，LIGO團隊在2002年首次嘗試偵測重力波；經過八年無聲無息之後，偵測器在2010年關閉，並且進一步隔離干擾噪音。

所以，當LIGO團隊進階觀測工作於去年9月18日再度展開時，科學家相當樂觀相信，他們可以找到某些東西。

命運的奇特轉折，他們已掌握到一次偵測。在正式觀測開始之前，偵測器已啟動和運行，並已獲得一項極度誘人的訊息。這項訊息先被路易斯安那州偵測器發現，千分之七秒後，華盛頓州也偵測到了。

「我們很有信心，當狀況來臨，一定是好的狀況。我們是否會驚訝狀況好到像是夢幻一般？當然會。我的反應是，哇。我真是難以置信。」萊茲說。

當黑洞相撞

運用愛因斯坦的方程式，科學家從可觀察波返回，回頭來決定何種天體物理活動造成重力波。在本案例中，這些方程式指出，兩個相撞的黑洞是元凶，並且當它們合併時，會形成一個新的黑洞，是太陽質量的60倍多。

黑洞由死亡和殞落的恆星組成，是已知宇宙中最為奇特的天體之一；如果你可以稱它們為「天體」。「一般很容易把黑洞想成一團物質，由於十分密集，以致它的引力捕捉一切靠得太近的東西，甚至是光。但是，要稱黑洞是『物質』或『天體』，倒不如稱它是強烈彎曲、無底空時的區域。因此，當兩個黑洞合併時，這活動決不普通。」

「有點像是彎曲空間的翻騰混亂，快速地變動中，」溫斯坦如此形容。

在LIGO團隊偵測到的相撞中，兩個黑洞慢慢地互相環繞運行，長達數百萬年或是數十億年之久。但是，隨著兩個黑洞愈來愈接近，它們的軌道速度加快，直到最後以大約光速的一半互相環繞運行，並釋放出巨大的能量，以扭曲空時的重力波形式呈現。

然後，兩個黑洞合併。在合併前的最後一刻，環繞運行的兩個黑洞釋放出更多的能量，比整個宇宙釋放所有形式的能量還要多。一旦合併完成，合併產生的新黑洞左右搖晃，隨即安定下來，進入所謂的鈴蕩(ring-down)階段，也就是安靜下來前的最後喘氣。

這是令人印象深刻的故事，由地球上鏡子之間的極小距離改變所揭露。

國家無線電天文臺（National Radio Astronomy Observatory）天文學家史考特･蘭森（Scott Ransom）表示﹕「數據看來令人十分驚異。」他看過LIGO團隊的手稿，稿件並已刊登於《物理評論通訊》（Physical Review Letters）。「看到偵測器『原始』輸出中的波，沒有任何特殊的統計格式處理，超乎所有人的期待。」

LIGO團隊的科學家相信，信息是真的；事實上，他們計算過，誤報的機率每20萬年不會超過一次以上。對於團隊目前收集到的所有潛在重力波偵測，並不適用。團隊發現，至少還有一個候選信息，那是在去年10月12日偵測到的，是由合併的黑洞所產生，但科學家不敢斷言這不是誤報。

新紀元，外加其他搜尋

這次發現是科學家首次直接捕捉到重力波，並非首次證明重力波的存在。1974年，喬･泰勒（Joe Taylor）和羅素･赫爾斯（Russell Hulse）偵測到當時一種新的奇異天體﹕脈衝雙星，也就是兩顆中子星互相環繞運行。泰勒和赫爾斯確定，脈衝星的軌道收縮，並且了解唯一的原因就是重力波把能量帶離了系統。

這項發現證明了重力波的存在，泰勒和赫爾斯因此贏得1993年諾貝爾物理獎。

(http://www.ngtaiwan.com/wp-content/uploads/2016/02/02_new_wave.adapt_.590.1.jpg)
LIGO團隊運用雷射和精密排列的鏡子，偵測出重力波造成的微小震動

這裡的差別在於LIGO團隊直接觀測到地球上的重力波，這項發現將為天文學開創新的紀元，協助天文學家更進一步窺探宇宙。

以重力波來觀看宇宙，可能類似科學家首次以紅外線、X光或微波觀看天空。數千年以來，天文學家以可見波波長觀看天空；人們可以看到恆星和行星，觀看它們在天際移動。但是紅外線宇宙充滿炙熱、含塵量高的星團，那裡正是恆星誕生之地；X光宇宙可見恆星屍體；微波宇宙充滿大霹靂的熱遺跡。以重力波觀看天空，同樣將為天文學帶來革命性的影響。

身為普林斯頓大學天文物理學家的泰勒以黑洞為例指出，「電磁輻射並未讓我們如願以償，這是研究宇宙中遠距天體和現象的新方法。」「我們懷疑黑洞可能存在，我們已在銀河的中心看過黑洞的證據，如今我們將有直接偵測黑洞的方法，這和以往是很不一樣的。」

聆聽重力波

LIGO團隊觀測到，當兩個黑洞愈來愈接近，它們釋出重力波，頻率和振幅都增加，地球上收到的訊息像是鳥兒啁啾（chirp）。影片中最先的啁啾是重力波的頻率，接下來的啁啾頻率較高，比較適合人類的聽覺範圍。

不僅如此，在未來的數十年中，其他的實驗可能也會偵測重力波。其中一項名為「NANOGrav」，使用毫秒脈衝星－控制時間出奇精準－當作天然的重力波偵測器。隨著重力波穿越脈衝星，它們會短暫干擾脈衝星轉動的時機，因而留下證據記號，可在天際上追蹤。

LIGO團隊關注恆星質量激變所產生的重力波，和LIGO團隊不一樣的是，這些脈衝星轉動時機排列，將可偵測盤旋上升的超大質量黑洞所產生的更長漣漪現象。

另一個倡議中的實驗是發射重力波觀測器eLISA進入太空，屆時將對所有天體物理系統產生的波保持敏銳。然後，也有團隊志在尋找原始重力波，那是宇宙初期快速擴張時所產生的。2014年，BICEP2團隊宣布發現這些重力波，但訊息後來證明不確實。

重力波天文學要成為主流還要一陣子。但是，如果成真，迄今仍停留在數學範疇

的這些極端、看不見的宇宙活動，將會進入可觀察的領域，平添全新的謎團，留待人類去解決。

撰文：Nadia Drake

=>  新突破 

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E7%9B%B8%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8
基本交互作用（fundamental interaction），為物質間最基本的交互作用，常稱為自然界四力或宇宙基本力。迄今為止觀察到的所有關於物質的物理現象，在物理學中都可藉助這四種基本交互作用的機制得到描述和解釋

FROM  FACEBOOK  邱森潤

 http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap160211.html

(http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/image/1602/BHmerger_LIGO_960.jpg)

直接偵測到了重力波輻射。這個空前的偵測是發生在去年九月，由位在美國華盛頓州和路易斯安那州的LIGO重力波天文臺之儀器同時完成這項創舉。經過無以數計的一致性檢驗之後，可信度高於5個標準差的結果出版於今日。這次偵測到的重力 波，與遙遠星系內二個盤繞靠近、最終合併的黑洞所應發出的訊號相符；合併後的新黑洞，更發生了短暫且快速的衰竭震盪。重力波是愛恩斯坦所預言的現象，所以這則歷史性的發現，確立了人類對重力與基礎物理學了解的一塊基石，同時也是至今最直接的黑洞偵測。這張主題圖示呈現了二顆合併中的黑洞，下方疊合的是這二部重力波偵測器在長達0.3秒期間的訊號強度。預期未來的先進LIGO和其他重力波偵測器之量測，除了會證實這項精采偵測之外，極可能會為人類帶來觀察與探索宇宙的新管道。

http://www.cnbeta.com/articles/475199.htm

黑洞真的存在嗎？
激 光干涉重力波天文臺(LIGO)探測到黑洞合併，一個重要的科學意義就是證實了黑洞確實存在，至少是一種完美的圓形物體，由純真空的、彎曲的時空構成，像 廣義相對論預測的那樣。天文學家已有了大量關於黑洞的證據，但以往的證據都來自對恒星和超熱氣體的觀察，而非來自黑洞本身。
重力波以光速傳播嗎？
當科學家開始把來自LIGO的觀測與其他類型望遠鏡看到的結果比較時，首先要檢查的一件事就是，這些信號是否同時到達。
物 理學家猜測，引力是以一種名為“引力子”的微粒形式傳播的，就像光子那樣。如果引力子像光子，那它就沒有品質，重力波就會以光速傳播，符合廣義相對論中對 重力波速度的預測。重力波速度會受宇宙加速膨脹的影響，但要在極遠距離才能顯出這種影響，以LIGO的探測距離影響可以忽略。
但引力子有微小品質也是可能的，這意味著重力波的速度小於光速。如果這樣，LIGO和Virgo探測到的重力波到達地球所花的時間，會比其他傳統天文臺探測到的同一事件中發出的γ射線到達地球的時間要長一點，這將對基礎物理學產生重大影響。
時空由宇宙弦構成嗎？
如 果科學家探測到的重力波來自宇宙弦，那會帶來更奇怪的發現。科學家假設，宇宙弦是時空彎曲中的缺陷，無比纖細卻延伸至整個宇宙那麼遠，它們可以與弦理論有 關，也可以無關。研究人員預測，如果宇宙弦確實存在，它們可能偶爾紐結在一起，如果一根弦斷了，就會突然釋放出一陣重力波，然後被LIGO和Virgo等 探測器檢測到。
中子星凹凸不平嗎？
中 子星是較大恒星在自身作用下坍縮後的殘骸，它們的密度極大，以至於自身的電子和質子融合成為中子。人們對這種極端物理學還知之甚少，但重力波為研究這 些現象打開了獨特的視窗。比如，中子星表面強大的引力傾向於把它們變成近乎完美的球形，但一些研究人員認為，它們的表面仍可能有“高山”——雖然只有幾毫 米高，卻讓直徑只有10公里左右的中子星變得略微不勻稱。中子星通常旋轉得極快，這種不對稱的品質分佈會讓時空變形，產生持續的正弦重力波信號、輻射能 量，並減緩中子星的旋轉速度。
互相環繞的一對中子星也會產生持續的信號。這些星體也像黑洞那樣，螺旋環繞最終融合，但它們會變成什麼樣卻可能與黑洞大不相同。普雷托裏烏斯說：“這有很多可能性，取決於它們的品質和中子物質產生的壓力。”比如合併後可能是一個巨大的中子星，也可能立刻坍縮成一個黑洞。
什麼原因造成了恒星爆發？
當 大品質恒星不再發光，向內部坍縮時，會形成黑洞和中子星。天體物理學家認為，就是這一過程為II型超新星爆發提供了能量。單靠模擬這種超新星爆發還無法解 釋清楚是什麼點燃了它們，根據預測，真實的超新星爆發會產生重力波，傾聽這些重力波有望找到答案，研究爆發的波形、聲音大小、頻率及其與超新星爆發的關 系，這些資料有助於檢驗現有的各種模型。
宇宙膨脹速度有多快？
宇宙膨脹意味著，正在遠離我們銀河系的物體看起來比實際更紅，因為它們發出的光在傳播過程中被拉長了，通過比較這種星系紅移和它們與我們的距離，能估算出宇宙的膨脹速度。但這種距離通常用Ia型超新星爆發的亮度來計算——這種方法有很大的不確定性。
如 果全世界多個重力波探測器探測到了來自相同中子星合併的信號，結合在一起就能估算出信號的絕對音量，揭示合併發生離我們有多遠，估計信號來自哪個方向，推 導出發生合併的是哪個星系。將星系紅移與通過重力波測出的合併距離相比，能獨立估算出宇宙膨脹的速度，還可能比現有方法得到的資料更加精確。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1475
天文學家首度觀測到遙遠宇宙中劇烈事件造成的「重力波（gravitational wave）」。這種時空結構波紋是愛因斯坦（Albert Einstein）於1915年發表廣義相對論時的主要預測之一，科學家耗時百年才終能驗證預測的正確性，開啟一扇得以窺視宇宙奧秘的新窗。
 (http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2016_1st/ligo20160211a.jpg)
　　重力波攜帶著劇烈事件源頭的訊息及重力本身的性質，物理學家以前就曾提出：在兩個重力很強的黑洞互繞並合而為一的最後慘烈階段，應該會製造出能偵測到的重力波；
天文學家之前卻未曾觀測到這樣的黑洞撞擊合併事件，卻也不曾放棄這樣的企圖，因而有雷射干涉儀重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory，LIGO）的建置。
LIGO由美國國家科學基金會（National Science Foundation）提供經費，並由加州理工學院（Caltech）和麻省理工學院（MIT）共同維持運作。
 
　　LIGO有兩個分別位在美國路易斯安那州利文斯頓縣（Livingston, Louisiana）和華盛頓州漢福德鎮（Hanford, Washington）兩地的偵測器，
於臺北時間2015年9月14日的17:51偵測到重力波的訊號。相關資料由LIGO科學團隊（LIGO Scientific Collaboration）和Virgo科學團隊分析研究成果，
將發表在物理評論快報（Physical Review Letters）專業期刊中。LIGO科學團隊從觀測到的訊號，估計這兩顆黑洞的質量分別為太陽的29倍和36倍，
其碰撞合併事件發生時間則約為13億年之前。在此事件中，約有3倍太陽質量的物質在不及1秒的短暫時間內被轉換成重力波，其尖峰時間的輸出的能量相當於整個可見宇宙的50倍左右。
在這兩個偵測器中，利文斯頓偵測到重力波訊號的時間比漢福德早了7毫秒，而訊號源來自南天方向，
(http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2016_1st/ligo20160211b.jpg)
如左方影像中有顏色的線條所標示的範圍，最外圍紫色線條代表可信度（confidence level）達90％的範圍，
最內側的黃色線條圈起處則代表可信度約10%的範圍。
 
　　根據廣義相對論，一對黑洞互繞過程中，會經由發射重力波的方式而損失能量，導致它們逐漸靠近，如此耗時數十億年之後，
才會達到撞擊合併的最終時刻。在最後剎那，
兩個黑洞以幾近一半光速的極快速度撞在一起，形成一個質量更大的黑洞，並依愛因斯坦質能互換公式（E=mc^2）
將其中一部分合併後的黑洞質量轉換成能量；
正是這強烈的能量而在最終剎那爆發出強烈的重力波，LIGO測到的也正是這個最終剎那發出的重力波。
 
　　雖然愛因斯坦的廣義相對論預測有重力波，不過他認為重力波太微弱，應該無法偵測到；直到1970至1980年代，
美國物理學家約瑟夫·泰勒二世（Joseph Taylor, Jr.）等人才首度證明重力波的存在。
泰勒及拉塞爾·赫爾斯（Russell Hulse）於1974年發現史上第一對由波霎（pulsar，又稱脈衝星）環繞中子星而組成的雙星系統PSR B1913+16；
而後泰勒與韋斯伯格（Joel M. Weisberg）於1982年發現這對雙星中的波霎，很可能是因為釋放重力波型態的能量而使軌道逐漸縮減。
泰勒和赫爾斯因這項重要發現而獲得1993年的諾貝爾物理獎。
 
　　LIGO的新發現，是第一次藉由測量通過地球的波動所造成的時間與空間結構的微小擾動來直接觀測到重力波本身，達成了科學家已逾50年的野心與心願。
而這也奠定了「重力波天文學」領域的開展，LIGO的發展性，
讓科學家們都在期待：未來或許重力波的研究可以不僅僅侷限於碰撞黑洞雙星，而是能推展到其他擁有強重力場的天體上。
有參與本次LIGO新發現的科學家開玩笑說：真想看到愛因斯坦聽到我們真的偵測到重力波後，會是什麼樣的表情。
 
　　LIGO科學團隊（LSC）由來自美國等15國共1000多位科學家參與，有90多個大學與研究機構參與發展偵測器與資料分析的工作，另還有將近250位學生投身過LIGO大業中。
其中LSC的偵測器網包含LIGO干涉儀（LIGO interferometer）和位在德國的GEO 600偵測器。VIRGO團隊由歐洲19個不同研究團隊的250多位物理學家和工程師組成，
其中由歐洲重力天文台（European Gravitational Observatory，EGO）負責維護運作在義大利比薩附近的Virgo偵測器，目前這個偵測器正在更新設備中。
 
　　LIGO初建成於1999年，而後於2002年開始搜尋重力波訊號，但直至2010年為止完全沒有收穫。
之後於2010～2014期間重新設計並建置相關儀器，使LIGO干涉儀靈敏度提高到原來的10倍以上，
使得能探測重力波的宇宙深度也增為原來的10倍以上，
相當於將可探測的宇宙空間範圍擴展為原來的100倍以上，因而可偵測的星系與其他天體數量更是原來的1000多倍。這個改進過的系統稱為先進LIGO（Advanced LIGO）
，於2015年9月開始正式運作，隨即便偵測到這個重力波訊號。
 
　　LIGO的每個測站都由4公里長的L型管道組成LIGO干涉儀，建物內有特殊儀器將一束雷射光一分為二，分別打入L型管道的兩臂，在臂中來回反射；這兩臂管道皆為長4000公尺、直徑約1.2公尺的不鏽鋼鋼管，
內部保持幾近真空狀態（約1兆分之一大氣壓），以免影響雷射光的光速，每個管道抽真空的工作足足達到40天以上才能抽到前述幾近真空的狀態。雷射光的用途在於精密監測位在管道底端的反射鏡距離

。根據廣義相對論，當重力波通過偵測器時，會因時空微擾造成反射鏡位置有極微小的改變；基本上，這個改變量小於質子直徑的萬分之一（10E-19公尺）都還能偵測到，
其儀器的精密度要求實為變態級別，也可從中見到科學家為了這個實驗所付出的心血。
 
　　利文斯頓和漢福德兩測站相距約3000公里，同時運作；兩測站之所以要相距如此遙遠，是為了經確定出重力波事件來源的方向，也可藉此確認所偵測到的訊號是真的來自太空，而非其他局部地區的訊號干擾

目前LIGO實驗室正在與印度多個研究機構協商中，若獲印度政府同意，將在印度半島建置第3個先進LIGO偵測器，預定可在2020年代初期開始加入運作。而VIRGO的義大利比薩測站與位在日本神岡的重力波偵測器（Kamioka Gravitational Wave Detector，KAGRA）目前都在更新中，預定在2016~2018年期間陸續開始正式運作。如此一來，如同地震測站愈多愈好一樣，可讓對重力波源的定位工作更加精準。

http://www.cnbeta.com/articles/478159.htm
美国哈佛-史密森天体物理研究中心（CFA）的研究人员称，激光干涉引力波天文台（LIGO）在去年9月14日直接探测到引力波的双黑洞，可能同生于一个寿终正寝时爆发伽马射线的大质量恒星。相关研究成果发表在最新一期的《天体物理学》杂志上。据物理学家组织网23日报道，CFA天体物理学家艾维·劳埃伯说：“这一宇宙中的事件相当于一个孕妇怀了一对双胞胎。”这两个超恒星级黑洞的质量分別为太阳质量的29倍和36倍。LIGO探测到双黑洞并合的信号后，费米伽马射线太空望远镜从天空的同一区域在仅0.4秒后发现爆发出的伽马射线。

通常，当一个巨大的恒星到达生命尽头时，它的核心会坍塌成一个黑洞。但如果这个恒星旋转得异常迅速，其核心可能会延展成一个哑铃型，并分为两个团块，然后各自形成一个黑洞。

在这一对黑洞形成后，恒星的外层瞬时向内冲向它们。这个双黑洞初始分离成地球般大小，并在几分钟内并合期靠得足够近，从而既产生引力波，又爆发出伽马射线。之后，新形成的单一黑洞争分夺秒地“大快朵颐”周围的物质，向外喷射爆发的物质。

然而，欧洲新一代伽马射线望远镜（INTEGRAL）并未确认此信号。劳埃伯说：“即使费米的检测是虚惊一场，未来LIGO也应监测伴随事件迸发出的光。不管其是否来自于黑洞的并合，自然总会给我们带来一些惊喜。”

劳埃伯指出：“如果从引力波事件中探测到更多的伽马射线爆发，这将提供一种很有前景的测量宇宙距离和其扩张的新方法。通过观测伽马射线爆发的余辉和测量它们的红移，将其与LIGO独立测量的距离比较，天文学家可以精确限定宇宙学的参数。天体物理的黑洞要比其他如超新星的距离指标研究起来更为简单，因只需通过其质量和自旋即可完全确定。”

越來越神奇

当一个巨大的恒星到达生命尽头时，它的核心会坍塌成一个黑洞。但如果这个恒星旋转得异常迅速，其核心可能会延展成一个哑铃型，并分为两个团块，然后各自形成一个黑洞。
那宇宙中類似 雙黑洞應該 會很多吧

LIGO 2016/2/11 公佈 2015/9/14 發現的重力波來源 GW150914，在兩個黑洞合併的數毫秒內所釋出的能量達到 3.6e+49 瓦(W) = 3.6e+25 yottawatts(YW)，
相當於全宇宙恆星輸出功率總和的50倍！

好可怕數字


http://physics.nist.gov/cuu/Units/prefixes.html

http://www.cnbeta.com/articles/510561.htm


今年二月当一篇有关首次观测到引力波的文章发表时，这一消息震惊了整个科学届。研究人员检测到两个体积为太阳三十倍的巨大黑洞碰撞产生了时空弯曲。现在一篇新文章解释了黑洞合并是如何产生的——结果表明它们很可能来自密集的恒星群


球状星团是一个环绕星系核的球状恒星集群。“结果发现恒星群可能是创造一个双黑洞系统的最佳方式之一，”研究首席作者卡尔?罗德里格兹（Carl Rodriguez）博士这样说道。去年九月检测到的信号来自两个黑洞的合并，名为GW150914。

这些信号是由分别位于路易斯安那和华盛顿的两个高级的激光干涉引力波天文台（Ligo）检测到的。1915年爱因斯坦的广义相对论就预测了这一发现。形成可以产生引力波的双黑洞系统有两种方式。第一种源自已经彼此环绕的双星，当两颗恒星都死亡坍塌成黑洞时，它们会留下一个双黑洞系统，因为它们已经彼此引力吸引。
另一种主要渠道便是我们文章里所描述的动态生成。” 罗德里格兹博士说道。“黑洞形成于恒星群里的单个恒星。由于它们比恒星群里的典型恒星更重，它们会迅速坍塌至恒星群中央，形成一个黑洞坑。二月的文章发表后，人们就开始思考恒星群是如何创造Ligo观测到的那种双黑洞。二十多年前人们就开始考虑球状恒星群产生双黑洞的可能性，直到近几年我们的计算机才足够强大可以以真实大小对球状星云进行建模。球状星云里的双黑洞系统是通过动态性形成的，也即黑洞都集中在星系中央，彼此捕捉形成双系统。”

Ligo项目小组成员、英国卡迪夫大学的班加罗尔?萨牙普拉卡什（Bangalore Sathyaprakash）教授表示，计算机仿真并不排除另一种可能性，也即一个单独的恒星对创造了产生GW150914的黑洞。“我们需要更多数据确定这个双黑洞系统究竟形成于哪一种方式，事实上，这两种情景可能都起了作用。”

美國天文學會第228屆年會 _LIGO將召開新聞發佈會

http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/apod.html

美東時間2016年6月15日，美國的鐳射重力波探測專案LIGO又將召開新聞發佈會宣佈他們探測到了另外兩個 質量在10倍太陽 質量的黑洞碰撞併合發出重力波的消息。

LIGO將召開新聞發佈會，有關重力波進一步的實驗觀測結果
將有轟動性新聞嗎 ?
目前還不知道


 
http://www.gigcasa.com/articles/372695?lang=zh
美國LIGO（激光干涉引力波天文台）科學合作組織將會發佈重要信息。參加信息發佈的人員既有LIGO科學合作組織的新聞發言人加布里埃拉·岡薩雷斯，還有歐洲VIRGO（處女座）引力波探測器的新聞發言人富爾維奧·里奇。LIGO在2月11日宣布探測到引力波，信號來自分別為29倍太陽質量和36倍太陽質量的兩個黑洞的併合。這意味着人類首次直接探測到引力波信號。

距這次「大發現」過去剛剛4個月，LIGO難道又要「放大招」？答案不得而知

6月16号凌晨1点15分，引力波又有大事发生

http://www.cnbeta.com/articles/510869.htm

https://aas.org/aas-briefing-webcast

http://finance.sina.com/bg/tech/sinacn/20160615/11451463789.html
科學家再次探測到引力波信號：源自14億年前的黑洞合併


http://news.ifeng.com/a/20160616/49072327_0.shtml

LIGO宣布了第二个黑洞合并事件。这次的黑洞合并事件称为GW150914，信号来自大约14亿光年外，
一个黑洞的质量为我们太阳的14.2倍，另一个为7.5倍的太阳质量，合并后的质量为我们太阳的20.8倍。

2015年12月26日，来自LIGO和Virgo合作组织的科学家收到了一份意料之外的圣诞礼物——在首次探测到引力波信号仅3个月之后，
高新激光干涉仪引力波天文台（Advanced LIGO）的两个探测器就再次记录到了新的引力波信号。
跟上次一样，这一引力波信号源自于两个黑洞即将合二为一之时最后的相互绕转，这种现象被称为并合（coalescence）。
尽管这一信号要比首次探测到的引力波信号更弱，但这一新发现的置信度仍然超过99.99999%。

再次探测到引力波，表明这样的灾难性事件在宇宙中相当常见。这也意味着，当美国的高新激光干涉仪引力波天文台和意大利的高新室女座引力波探测器（Advanced Virgo）在升级后于2016年底恢复运行之后，很可能会检测到更多引力波事件。这将帮助科学家更好地理解成对出现的黑洞。

黑洞是最大质量恒星演化的最终阶段。其中一些黑洞成对形成，相互旋转，并以引力波的形式损失能量，因而会逐渐靠近，直到抵达一个临界点，令整个过程突然加速。它们最终会并合成一个单独的黑洞。2015年12月26日探测到的引力波信号，就来源于并合之前最后的旋转阶段。

依据观测到的引力波信号，科学家能够推断出那两个黑洞的质量，分别是太阳质量的8倍和14倍（相比之下，2015年9月14日首次探测到的引力波信号，并合的那两个黑洞分别是太阳质量的29倍和36倍）。黑洞合并之后形成了一个质量相当于太阳21倍的旋转黑洞，大约与太阳相当的物质转化成了能量，以引力波的形式释放出来。

由于这次的两个黑洞较轻，它们相互靠近的速度就没有那么迅速：此次探测到的信号持续了几秒钟，而上次探测到的信号仅持续了不到0.5秒。因此，此次观测到的双黑洞并合前相互旋转的圈数，远远大于第一次观测到的引力波事件，这让科学家有机会对爱因斯坦的广义相对论进行一次完全不同的理论检验。

此次观测到的黑洞并合事件，发生在距离地球大约14亿光年的地方，这意味着引力波在太空中穿行了14亿年，才抵达了位于美国路易斯安那州和华盛顿州的两台LIGO探测器。位于路易斯安那州利文斯顿的LIGO探测器比另一台位于华盛顿州汉福德的探测器早1.1毫秒记录到了引力波信号，让科学家能够大致测定引力波源的方位。

再次观测到引力波事件，证实了成对出现的黑洞在宇宙中相当普遍。对LIGO探测器从2015年9月到2016年1月间采集的数据所作的系综分析暗示，2015年10月2日还有可能探测到了第三起此类事件，只不过置信度较低。

最终，对此类观测的分析或许能够解释双黑洞的起源：到底是一对双星分别各自转变成黑洞，还是一个黑洞俘获了另一个黑洞？为了得到答案，就必须要有大量的观测样本，等到高新LIGO和高新Virgo在2016年秋天恢复运行之时，这一切皆有可能。正如高新LIGO探测器在首次数据采集阶段所证明的那样，引力波现在已经成为了一种全新的手段，来探索宇宙和宇宙中最基本的相互作用——引力

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http://www.cnbeta.com/articles/510913.htm
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LIGO已经大大增加了已知质量的黑洞数量。这一探测器已经确凿无疑地探测到了两次引力波事件，对应两次独立的黑洞合并事件（如图所示，两个较小质量的黑洞合并成为较大质量的黑洞）。在每一次事件中，LIGO都精确测定了参与事件黑洞各自的质量以及合并后黑洞的质量。图中虚线标出的是LIGO探测到的一次疑似事件，其由于信号太过微弱而未能得到确认

来自爱因斯坦的圣诞礼物
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今日凌晨发布会现场发布的此次引力波事件的信号图

再次探测到的引力波信号编号为GW151226，它是在2015年12月26日国际标准时03：38：53探测到的，信号显示，两个质量分别为大约14倍和8倍太阳质量的黑洞在合并之后形成了一个质量约为21倍太阳质量的黑洞，显示有大约1倍太阳质量的物质被以引力波的形式释放出去，项目研究人员称这次的信号是“来自爱因斯坦的圣诞礼物”。

在发布会一开始就由美国路易斯安那州立大学的LIGO科学合作组发言人加布艾拉·冈萨雷斯女士女士（Gabriela González）开门见山地宣布了再次探测到引力波的消息。 这是他们自从今年2月份宣布首次探测到引力波信号以来再次宣布探测到引力波信号。点击直接查看：人类首次探测到引力波！爱因斯坦百年前预测证实

什么是引力波

引力波是时空的涟漪，它是由宇宙中的一些最为剧烈的事件产生的，如大质量致密天体的碰撞或合并事件。引力波的存在早在1916年便已经由爱因斯坦预言，当时爱因斯坦证明了加速下的大质量物体将会扭曲时空，并产生从该源头发出的时空涟漪。这种“涟漪”将以光速穿过宇宙，携带着关于产生它们的那次灾难性事件和引力本质的珍贵信息。

在过去的数十年间，天文学家们已经找到大量证据证明引力波的存在，主要手段是通过引力波对银河系中近距离绕转天体运动产生的影响所开展的相关研究。这些间接研究的结果与爱因斯坦在100年前的预言吻合度相当好，如在考虑引力波带走能量的情况之后，这类天体轨道的衰减过程完全符合爱因斯坦理论的计算结果。然而，从地球上直接探测引力波的信号尽管长期以来广受科学界期待，但却一直未能实现突破。之所以科学家们如此期待这项突破，是因为这将提供对于爱因斯坦广义相对论新的，且更为直接的检验，并开启人类研究宇宙的全新大门。科学家们希望他们能够获得更多的案例，从而能够开展对黑洞合并频率的研究，并帮助他们检验一些极端环境下物理理论的正确性，甚至可能引出更加深层的自然本质理论。

LIGO科学合作组发言人加布艾拉·冈萨雷斯女士表示：“我们的计划并非仅仅是探测到首次引力波信号，也并非想要去证明爱因斯坦是正确的或是错误的，我们想要做的是创建一个天文台。”她说：“此时此刻，我们才可以说，LIGO的目标已经真正达成了。

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这张图展示的是LIGO两次确认探测结果以及一次疑似结果的日期，后者由于信号太过微弱而未能得到确认。这三次事件编号和具体日期为：GW150914 （Sept。 14， 2015）， LVT151012 （Oct。 12， 2015）以及GW151226 （Dec。 26， 2015）。所有三次事件都是在为期4个月的“先进LIGO”设施首次试运行阶段探测到的

有关这项发现的论文已经在《物理评论快报》上发表，这是LIGO的第二次引力波探测事件。与此同时项目组此前还曾经遭遇到另外一次“疑似信号”，由于该信号太过微弱而无法确认。研究组已经在今年2月份的那次发布会中介绍了有关情况。亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯表示：“引力波探测将让我们得以窥探宇宙的黑暗一面。引力波天文学将成为21世纪的天文学。”

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此次LIGO探测到的引力波信号来自两个互相绕转并最终合并的黑洞。最上方演示的是这两个黑洞的实际运行情况，下面分别展示LIGO探测器采集的到的引力波信号和频率变化，可以看到频率从最初的35Hz一路飙升到大约700Hz

两次探测到的引力波信号有啥不一样？质量更小的黑洞

此次新发现的引力波信号源自大约14亿年前的一次黑洞合并事件，两个参与合并事件的黑洞质量大约分别为14倍和8倍太阳质量，它们不断相互绕转并最终合并。信号显示这两个黑洞合并之后形成了一个质量约为21倍太阳质量的新黑洞，这就意味着在一瞬间有大约和一个太阳质量相当的能量被转化为引力波的形式释放了出去。

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这是南半球天空示意图，标出的位置是LIGO探测器在2015年12月26日探测到的引力波信号在天空中的大致来源方位。不同的颜色线条范围代表可能性的高低：最外侧紫色线条圈定的范围代表大约90%置信度，内部黄色线圈定的范围代表的则是10%置信度水平，可见误差率还是相当大的

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截止目前，LIGO探测器探测到的两次引力波信号大致来源方位示意图。同样的，不同的颜色线条代表不同的置信度水平：最外侧紫色线条圈定的范围代表大约90%置信度，内部黄色线圈定的范围代表的则是10%置信度水平

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这一三维投影地图展示的是LIGO全部三次引力波探测信号（包括两次确凿的引力波信号探测和一次疑似信号探测结果）的可能信号源位置。两次确认的引力波信号分别是GW150914（绿色）和GW151226（蓝色），图中第三个区域代表的则是一个疑似信号（LVT151012，红色）。图中不同颜色线条区域代表不同的置信度水平：最外侧线条代表大约90%置信度，最内侧则代表大约10%置信水平

和LIGO的第一次探测相比（当时探测到的信号来自两个大约30倍太阳质量的黑洞），此次探测到的信号频率更高并且持续的时间也更长。在首次引力波探测信号中，科学家们只观测到两个黑洞碰撞合并之前的最后一圈或是两圈绕转过程，而此次科学家们一共追踪到两个黑洞合并之前的最后27圈相互绕转。冈萨雷斯表示：“这将让我们能够更为精确地检验爱因斯坦的广义相对论并对黑洞的各项参数做更加精确的估算。”

此次，研究组同样有机会对参与合并黑洞的自旋情况进行观测，结果显示至少那个质量较大的成员黑洞存在自旋，速率约为黑洞自旋理论最大速率的20%左右。LIGO项目组成员，美国西北大学的维基·卡罗基拉表示：“如果光从首次引力波探测信号来看，参与合并的两个黑洞似乎是不存在自旋的，那么从这个角度来说，此次属于新发现。”

LIGO Laboratory

当麻省理工学院和加州理工学院的科学家计划用激光干涉的方法来寻找引力波时，很多研究者是极力反对的。反对者担心这会让大量资金打了水漂——建造这类探测器需要极大的投入，但可能什么都找不到。然而，美国国家科学基金会（NSF）最终于1990年批准了激光干涉引力波天文台（LIGO）的建造，并在1992年确定了两座探测器的选址：华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的利文斯顿。探测器的建设于1999年完工，并于2001年开始收集数据。然而，之后的9年内，LIGO什么都没有找到，而它也于2010年被关闭，等待升级重启。

在2010年关闭并开始升级的LIGO最终于去年9月重启。升级后的高级LIGO探测引力波的能力大大提升，并在刚刚开始运行的阶段就找到了来自两个正在并合的黑洞所产生的引力波，给一个世纪之久的引力波搜寻历史画上了圆满的句号。

今天凌晨发布会上宣布探测到的引力波信号实际是在2015年12月26日被探测到的，当时距离去年9月14日首次探测到引力波信号仅仅才过去了3个月左右。LIGO利用两台分别位于路易斯安那和华盛顿州的探测装置捕捉到了穿过地球的时空涟漪。这两台探测器都是巨大的L型结构，臂展有4公里长。科学家们让激光在这些长臂内部的反射镜上来回反射并精确测定来自两个长臂的反射激光之间的干涉效应，从而测量长臂所出现的任何极其细微的空间变化。

在正常情况下，两条长臂应该是完全等长的，因此激光束在两条长臂中传播所花费的时间是一样的。然而一旦有引力波穿过探测器，在一个方向上的长臂长度就会被压缩，而在另一个方向上的长臂则会被拉伸，从而导致两束激光束传播的时间长度出现差异， 当它们反射回来并汇合时，就会出现干涉条纹。

这样的长度变化将是极其细微的——LIGO装置必须能够测出相当于一个质子直径万分之一不到的长度变化，才可能检测到引力波信号。这台价值10亿美元，经过技术改进之后的所谓“先进LIGO”实验设施是此前较老版本的升级版。这一探测装置的构想最早在上世纪1960年代便已经出现了，最初版本的LIGO装置在2002年建成并投入使用。

今年2月份LIGO团队发现引力波的消息瞬间引爆了整个学界，并引发全球媒体的极大关注，同时也为研究团队赢得了科维理天体物理学奖、科学突破大奖以及其他很多重要的科学奖项。基于那次发现已经发表了数十篇科研论文，对首次引力波探测的方方面面进行了详细的讨论和分析，从信号探测中可能包含的黑洞与暗物质之间联系的信息，再到怀疑产生引力波信号的或许根本就不是黑洞，而是虫洞等等。美国哥伦比亚大学的LIGO团队成员萨布里克·玛卡表示：“最有趣的工作是由LIGO项目组之外的科学家们完成的。”他说：“而这正是科学应有的方式。”

引力波天文学的黎明


正在对LIGO设施进行技术升级工作的工程师

“先进LIGO”设施目前还仅仅是在升级之后完成了其首次试运行，该次试运行时期从去年9月份开始，一直持续到今年1月份。其探测器目前已经处于停机升级状态，预计将在今年7月份进行一次测试开机。如果一切顺利，那么第二次试运行预计将从今年夏末开始，持续大约6个月。与此同时，研究组的科学家们继续对首次试运行期间积累的大量研究数据进行分析。除了黑洞合并产生的引力波信号之外，科学家们还希望未来能够探测到中子星产生的引力波信号——后者是一类密度极高，体积很小的恒星残骸，其中的质子和电子在 强大压力下被挤压到一起成为中子。

如果两颗中子星相互合并，理论上它们也会产生引力波信号。美国乔治亚理工学院的物理学家，LIGO数据分析委员会主席劳拉·加多那提表示：“这不会像黑洞合并那样是一类爆炸性的事件，它们产生的引力波会微弱的多。这将是一场长期的搜索，需要花费时间，目前我们仍在对此展开尝试。”

随着研究组获得的数据越来越多，他们希望能够加深对于双黑洞系统成因的理解，或许最大的可能性是：它们原本就存在于一个双星系统中，当两颗恒星全都死亡之后，剩下的两个黑洞就构成了双黑洞系统。另一种理论则认为双黑洞系统产生于密集的星团之中，当恒星死亡之后形成单个的黑洞，随后在各自的引力作用下相互接近并成为双黑洞系统。卡罗基拉表示：“这是我主要的兴趣所在——我们能够最终弄清楚双黑洞系统究竟是如何形成的，这两种理论究竟哪一种是对的？或者说这两种机制都存在？”

随着LIGO发现越来越多的引力波事件案例，科学家们也将拥有更多样本，用于对爱因斯坦的广义相对论中所包含的相关预言进行更加精确的检验。尽管绝大多数科学家相信广义相对论肯定将能够顺利通过任何检测——毕竟此前已经有那么多的检验都证明了它的正确性，但是科学家们还是非常希望能够发现与理论预言的任何偏离，因为这可能就意味着发现更深层次科学原理的机会，这或许将能够帮助科学家们最终实现引力与量子力学之间的统一。加多那提表示：“到目前为止我们还尚未发现任何与广义相对论不符的情况。但如果我们开始观测到任何不吻合，我们或许就将迎来超越广义相对论的崭新时代。”

不管如何，科学家们还是希望LIGO已经取得的这两次发现将只不过是一个长期和高产科学实验设施的“小试身手”。正如玛卡所说的那样：“为这个项目，科学家们已经奋斗了三代人，未来还将至少有三代科学家继续开展这项工作。我们正身处在这中间位置，真是美妙极了！”

最后要提一句，除了意大利和法国的VIRGO，日本的KAGRA，还有计划在印度修建的第三个LIGO探测器外，中国也提出了空间太极计划 探测中低频波段引力波和中山大学发起的天琴计划探测引力波，越来越多的国家和科学家正在共同参与到引力波的研究中来。
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http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1532

雷射干涉儀重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，簡稱LIGO）團隊在臺北時間6月16日凌晨1時15分的美國天文學會（American Astronomical Society，簡稱AAS）年會宣布，他們在2015年12月26日，再次偵測到黑洞合併所產生的重力波！

　　這次 LIGO 測到的重力波比上次還要更小：在14億年前兩個分別為 14.2 和 7.5 倍太陽質量的黑洞，合併形成一個 20.8 倍太陽質量的大黑洞，有0.9個太陽質量被轉換為重力波放出！

　　這篇《物理評論通訊》（Physical Review Letters）的研究中提到，第二次的重力波是在臺北時間2015年12月26日11時38分偵測到，美國美國路易斯安那州利文斯頓（Livingston）的測站先收到訊號，1.1毫秒後傳到美國華盛頓州漢福德（Hanford）測站。