北京時(shí)間6月16日凌晨，美國(guó)激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）與歐洲Virgo引力波探測(cè)器在美國(guó)天文學(xué)會(huì)圣地亞哥會(huì)議上共同宣布，在高新LIGO探測(cè)器的數(shù)據(jù)中確認(rèn)了又一起黑洞并合事件。
確認(rèn)不是孤例
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文系教授蔡一夫說(shuō)，LIGO宣布初次發(fā)現(xiàn)前，大家對(duì)引力波探測(cè)和中小質(zhì)量黑洞探測(cè)感到悲觀，懷疑這一技術(shù)不成熟。四個(gè)月前人類(lèi)首次探測(cè)到引力波后，有學(xué)者認(rèn)為這是一起觀測(cè)孤例。
“他擔(dān)憂(yōu)地說(shuō)：‘下次觀測(cè)到不知是猴年馬月了’。果然，在‘猴年馬月’又宣布了一項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果。”蔡一夫說(shuō)。
“遵循天文學(xué)傳統(tǒng)，兩個(gè)事件就是一個(gè)族群了，所以我們終于可以說(shuō)發(fā)現(xiàn)了雙黑洞的族群。”湖北第二師范學(xué)院副教授、引力波研究者范錫龍說(shuō)。
“如果這次引力波事件的確來(lái)自?xún)蓚€(gè)10倍左右太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞并合，那么說(shuō)明今后這種高頻引力波探測(cè)的事件檢測(cè)率將會(huì)比較高。”中科院高能物理所研究員張雙南在網(wǎng)絡(luò)上說(shuō)，第一個(gè)引力波事件來(lái)自?xún)蓚€(gè)30倍左右太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的并合，那種黑洞以前科學(xué)家所知甚少，而10倍左右太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞在銀河系和附近星系內(nèi)很常見(jiàn)，有利其電磁波對(duì)應(yīng)體的搜尋。
“引力波信號(hào)，如同在浩渺宇宙中給出了一個(gè)方向，圈出了一個(gè)區(qū)域，發(fā)揮著‘指哪打哪’的作用。我們可以進(jìn)一步去尋找引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體，去多方面確證黑洞的性質(zhì)。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員茍利軍告訴記者。
新技術(shù)立功了
“這次難度比上次更大。”范錫龍說(shuō)，“在噪聲中發(fā)現(xiàn)信號(hào)，就好像在雞群中找仙鶴。上次的引力波信號(hào)GW150914很強(qiáng)烈，好像是一群雞里一下子看到了一只成年仙鶴。這次的信號(hào)比較微弱，好像要找出一只和雞差不多大的小仙鶴，光看個(gè)頭是行不通了，還要全面對(duì)比細(xì)節(jié)。這次用到的技術(shù)叫“匹配濾波”，能找出更弱的信號(hào)。”
范錫龍說(shuō)，多次優(yōu)化后，該技術(shù)可實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，這次信號(hào)在到達(dá)探測(cè)器70秒后就被發(fā)現(xiàn)了！這也為科學(xué)家尋找更多、更弱的引力波信號(hào)開(kāi)辟了新的渠道。“雖然比較弱，這次信號(hào)的致信度還是高于5希格瑪。這說(shuō)明雖然體型小，但是一只小仙鶴還是和其它雞有顯著的不同。”
范錫龍說(shuō)，LIGO積累的數(shù)據(jù)中，其實(shí)有不少“疑似”雙黑洞并合信號(hào)。但只有置信度高于5希格瑪?shù)慕Y(jié)果才能被確認(rèn)。這次“雙黑洞繞轉(zhuǎn)并合”的引力波信號(hào)GW151226由位于美國(guó)路易斯安那州和華盛頓州的一對(duì)LIGO探測(cè)器分別測(cè)出。
“第一時(shí)間的科學(xué)發(fā)現(xiàn)總是非常困難，需要非常慎重，反復(fù)檢查結(jié)果，但一旦能夠確認(rèn)、熟悉這種信號(hào)的特征，就會(huì)變成一種常規(guī)的技術(shù)。”中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹俊在網(wǎng)絡(luò)上說(shuō)，“據(jù)我所知，LIGO手上還有四五個(gè)這樣的信號(hào)，只是現(xiàn)在還不能確認(rèn)，需要進(jìn)一步檢查。”
這次并合更慢
范錫龍指出，這次觀測(cè)到的GW151226的信號(hào)長(zhǎng)度（1秒）比GW150914（0.2秒）長(zhǎng)，意味著可以在LIGO的觀測(cè)區(qū)域內(nèi)看到兩個(gè)黑洞繞轉(zhuǎn)更多圈數(shù)，這有助于精確測(cè)量它們繞轉(zhuǎn)的軌道周期變化。
雙黑洞并合是個(gè)越繞越近、越繞越快的過(guò)程。科學(xué)家希望它倆別太心急，悠著點(diǎn)兒。這樣就能看到雙黑洞繞轉(zhuǎn)更多圈。LIGO這次幸運(yùn)地觀察到了一對(duì)有耐心的黑洞。
“此次并合的兩顆黑洞質(zhì)量分別為約14倍和約8倍太陽(yáng)質(zhì)量，小于上次發(fā)現(xiàn)的雙黑洞。它們繞轉(zhuǎn)周期的變化速度更慢，這次科學(xué)家看到了兩顆黑洞互相繞轉(zhuǎn)了50多圈，而上次僅看到20多圈。這對(duì)于希望確定黑洞質(zhì)量的科學(xué)家來(lái)說(shuō)是好消息。”范錫龍說(shuō)。
發(fā)現(xiàn)黑洞自旋信息
“此次的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)是獲得了黑洞并合前的自旋信息。”范錫龍說(shuō)，雙黑洞的自旋方向?qū)斫怆p黑洞形成機(jī)制很重要。
“科學(xué)家認(rèn)為雙黑洞系統(tǒng)有兩種形成可能：孤立雙星演化，或者一顆黑洞捕捉另一顆。孤立雙星演化形成的雙黑洞，一般來(lái)說(shuō)自旋方向關(guān)系著軌道繞轉(zhuǎn)方向。”范錫龍說(shuō)，上次發(fā)現(xiàn)的黑洞系統(tǒng)由于繞轉(zhuǎn)太快，很難測(cè)出自旋信息。而這次科學(xué)家確信，雙黑洞中至少有一個(gè)黑洞有自旋。
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