LIGO合作组织于2016年2月宣布，发现被称为引力波的时空涟漪，这一发现意义重大，足以获得2017年诺贝尔物理学奖。现在，另一位诺贝尔奖得主表示，LIGO在不知不觉中取得了另一项惊人的发现：来自合并黑洞的引力波被介入星系的引力放大。“我们正在用我们的声誉打赌，”他说。
这种现象被称为引力透镜效应，通常用于研究来自遥远宇宙物体的光。但新的断言如果被证明是正确的，将使其成为引力波的首次此类观测。这一有争议的说法来自香港科技大学的物理学诺贝尔奖得主乔治·斯穆特和他的同事，LIGO团队的成员对此不屑一顾。“我们正在用我们的声誉打赌，”他说。
LIGO（激光干涉引力波天文台的缩写），在美国有两个探测器，以及意大利比萨附近的Virgo探测器，迄今已共同宣布观测到来自10对黑洞以及一对中子星合并的引力波。
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斯穆特的目标是黑洞。根据LIGO-Virgo的分析，黑洞合并发生在相对附近的宇宙中，通常距离地球几十亿光年。许多合并的黑洞质量约为30个太阳质量，其中一个约为50个太阳质量。这些黑洞是由巨星的引力坍缩形成的。斯穆特认为，我们的星系以及LIGO调查的附近宇宙缺乏形成如此巨大黑洞所需的恒星类型——即所谓的低金属丰度恒星。如果是这样，那么这应该导致LIGO观测到的质量范围内的黑洞在局部区域稀缺。“你能制造的最大质量约为20个太阳质量，”斯穆特说。“除非在非常不寻常的情况下。”
为了支持他们的论点，斯穆特和西班牙巴斯克地区大学的 astrophysicist Tom Broadhurst 以及西班牙坎塔布里亚大学的 José María Diego 指出，对银河系中黑洞对的X射线调查表明，此类黑洞的质量分布峰值约为10个太阳质量。斯穆特和同事们假设这种相同的分布也适用于LIGO研究的更大空间体积中的黑洞，他们认为LIGO-Virgo团队对较高黑洞质量的估计一定是误判。斯穆特和他的同事们说，LIGO和Virgo实际上看到的是发生在更远地方——大约100亿光年之外——的较小规模的合并事件，这些事件通过引力透镜效应被放大并变得可见，而不是看到附近宇宙中异常大的合并黑洞的引力波。
爱因斯坦的时空望远镜
根据爱因斯坦的广义相对论，引力透镜的形成是因为星系和星系团明显地扭曲了时空。如果一个星系位于地球和某个遥远物体之间，那么该星系的行为就像一个透镜，弯曲时空以放大从地球上看到的该物体的光。引力波也必须遵循弯曲的时空——因此它们也可以被引力透镜透镜化和放大。此外，物体离地球越远，其光线或引力波被介入星系引力透镜化的机会就越大。所有这些情况共同构成了斯穆特和同事们声称LIGO-Virgo一定是在观测引力透镜化的黑洞合并的依据。“我们说他们三分之二的事件都是透镜化的，”斯穆特在谈到LIGO-Virgo的探测目录时说。
芝加哥大学LIGO合作组织成员丹尼尔·霍尔茨完全不相信。他和他的同事们在LIGO和Virgo进行探测之前就预测，天文台将看到每个质量约为30个太阳质量的黑洞合并。他同意，与今天的宇宙相比，早期宇宙中会形成更多的低金属丰度恒星——因此，与现在相比，那时会形成更多30个太阳质量的黑洞。但尽管这些庞大的黑洞大多形成于早期的宇宙时期，但他仍然相信LIGO和Virgo现在正在相对附近的宇宙中探测到它们的合并，因为最终导致两个轨道黑洞合并的引力舞蹈是一个持续数十亿年的过程。
此外，霍尔茨补充说，地面调查显示，局部宇宙中确实存在一些低金属丰度区域，所有这些区域都可能蕴藏着每个质量为30个太阳质量的黑洞双星。“你把所有这些放在一起，你就可以预测你在LIGO中应该看到什么，”他说。他补充说，探测结果与预测相符，这使得任何LIGO-Virgo事件都是透镜事件的可能性极低。“目前关于恒星形成和演化，以及黑洞双星形成和演化的理论基础，似乎能够合理地解释迄今为止的所有LIGO观测结果。没有必要采用极具推测性的模型。”
新的发现——还是海市蜃楼？
然而，斯穆特和他的同事们并没有退缩。他们认为他们已经在LIGO-Virgo数据中至少识别出一个明确的透镜事件。当一个遥远的源被透镜化时，来自源的光或引力波可以绕透镜星系采取多条路径，这些路径可以在不同的时间到达地球，从而产生多个图像。
根据他们的分析，两个事件——2017年8月9日的探测（GW170809）和五天后的另一个事件（GW170814）——实际上是来自同一次合并的不同图像。该团队认为，这些信号具有许多关键特征，在两种情况下都导致对合并黑洞质量的估计几乎相同。它们在天空中的大致位置也有 небольшое 重叠。
LIGO团队对此表示异议。合作组织成员，印度班加罗尔国际理论科学中心的帕拉梅斯瓦兰·阿吉特和他的同事分析了LIGO-Virgo观测到的所有10个黑洞合并事件。他们寻找成对事件之间的一致性，这可能暗示着透镜效应。他们考虑了每对事件的七个不同特征，包括斯穆特团队未考虑的一些特征，例如黑洞的自旋角动量和双星的方位。两对事件，其中一对是GW170809-GW170814对，显示出比其他事件更多的相关性。
但阿吉特和同事的分析表明，即使对于这些对，相关性偶然发生的可能性也超过5%（低于所谓的2-sigma结果）。在物理学中，一项发现的声明通常需要5-sigma结果，即偶然发生的可能性小于0.00006%。阿吉特说：“低于2-sigma甚至不被认为是合理的。”换句话说，斯穆特和他的团队所说的显著相关性可能只是数据中的海市蜃楼。
时间会证明一切
对透镜引力波的无争议观测将显著扩大LIGO和Virgo可以进行的科学研究范围。首先，透镜效应会从同一事件中产生多个图像或信号，这些信号到达地球的时间可能相隔数小时、数天或数周。由于LIGO和Virgo仪器的方向相对于源会因地球自转而在探测之间发生变化，这将类似于有多个探测器观测（并产生更多关于）同一事件。“如果你能将此与透镜星系的光学观测相结合，你或许能够非常精确地定位双黑洞源，”阿吉特说。
由于透镜事件将来自早期宇宙，它们将使物理学家能够提出和回答关于恒星和黑洞随时间演化的更细致的问题。“你不仅在做天文学，你还在做宇宙学，” Broadhurst 说。
霍尔茨正在等待更有力的证据，但仍然对前景感到兴奋。“有一天能够测量一个强透镜事件，那不是很棒吗？”他认为，这将需要下一代引力波探测器才能明确地找到古代黑洞合并事件，这些事件产生的涟漪非常幸运地被沿途未命名的星系弯曲到地球。