科学家探测到引力波的“海啸”

江苏激光联盟导读：

一个国际科学家团队公布了迄今为止探测到的最大数量的引力波。

两个黑洞合并成一个。来源：NASA

据外媒报道，以澳大利亚国立大学（ANU）为首的一个国际科学家团队公布了迄今为止探测到的最大数量的引力波。

这些发现将有助于解决宇宙中一些最复杂的谜团，包括物质的组成部分以及空间和时间的运行方式。

该研究团队在2019年11月至2020年3月期间，利用LIGO和处女座天文台，对由一对黑洞合并或中子星和黑洞碰撞产生的引力波进行了35次新的探测。这使得在2015年至2020年的三次观测之后，探测到的总数达到90次。最终的研究结果发表在ArXiv上。

天体物理起源概率pastro>0.5的CBC探测候选数量与BNS凝聚探测器网络的有效测量时间-体积[3]。彩色带表示不同的观察运行。O1、O2、O3a和O3b的最终数据集包括49.4天、124.4天、149.8天（177.2天）和125.5天（142.0天），至少分别有两个探测器（一个探测器）进行观测。可能候选的累积数量由黑色实线表示，而蓝色线、深蓝色带和浅蓝色带是泊松分布的中值、50%置信区间和90%置信区间，适合O3b末尾的候选数量。

这些巨大发现来自于神秘的宇宙，大多数发生在数十亿光年之外。而32个黑洞的对合并，以及中子星和黑洞之间可能发生的三次碰撞，在距离我们遥远的地方，在时空中掀起了一阵阵涟漪。

来自澳大利亚国立大学引力天体物理学中心的杰出教授Susan Scott说，最新的发现代表着“一场海啸”，是“我们在解开宇宙演化秘密的探索中向前迈出的一大步”。

澳大利亚国立大学是进行观测和开发复杂技术的国际团队的关键成员之一，以在浩瀚的宇宙中寻找难以捉摸的引力波。

由光散射引起的小故障的代表性光谱图。慢散射在时频平面上表现为长时间的拱。多重拱门是由于测试质量光学和散射表面之间的多次反射。O3期间，缓慢散射分别是LIGO Hanford和LIGO Livingston瞬态噪声的最频繁源和第二频繁源。底部:与缓慢散射相比，快速散射瞬态表现为持续时间短、快速重复的拱形。

Scott教授说：“我们已经检测到35个事件。这是巨大的。相比之下，我们在2015-16年持续4个月的第一次观测运行中进行了3次探测。

“这真的是一个引力波探测的新时代，越来越多的发现揭示了宇宙中恒星的生命和死亡的大量信息。

“观察这些双星系统中黑洞的质量和自旋表明，这些系统最初是如何聚集在一起的。

“这也提出了一些非常有趣的问题。例如，这个系统最初是由两颗恒星共同经历生命周期并最终变成黑洞的吗?还是两个黑洞在一个非常密集的动态环境中挤在一起，比如在一个星系的中心?”

使用电磁辐射进行的测量结果显示，恒星黑洞的质量小于大约20个太阳的质量(紫色圆圈)。这些黑洞都有一颗伴星，它的质量正在向黑洞流失。这一气体流揭示了黑洞的存在，对伴星运动的详细研究使得黑洞的质量得以测量。自2015年以来，LIGO/Virgo对两个黑洞合并时发出的引力波辐射的测量使得数十个黑洞的质量得以测量(蓝色圆圈)。这些黑洞通常比通过电磁辐射发现的黑洞质量更大。我们现在知道，通过电磁技术研究的大质量黑洞的缺乏可能是由于对发现和研究大质量黑洞的偏见造成的。顺便说一句，LIGO/Virgo的测量有利于检测大质量黑洞，因为它们合并的信号更大，因此与合并低质量黑洞的信号相比，可以从宇宙中更远的系统中检测到它们。尽管如此，LIGO/Virgo也在探测低质量的合并黑洞。在不久的将来，JWST望远镜将能够消除电磁偏置。由于它的灵敏度，天文学家将能够测量黑洞候选系统的质量，这些系统位于被认为是最大质量黑洞所在的地方。

Scott教授同时也是ARC卓越引力波发现中心(OzGrav)的首席研究员，她表示，引力波探测器灵敏度的不断提高，有助于推动引力波探测量的增加。

“这项新技术让我们比以往任何时候都能观测到更多的引力波， 我们还在探测两个黑洞质量间隙区域，并为爱因斯坦的广义相对论提供更多的测试。

“关于引力波探测器灵敏度的不断提高，另一件真正令人兴奋的事情是，这将带来一系列全新的引力波源，其中一些是意想不到的。”她说。

来源：GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and VirgoDuring the Second Part of the Third Observing Run, arXiv:2111.03606v1[gr-qc], arxiv.org/abs/2111.03606