新的引力波探测包括有史以来最大、最遥远的黑洞碰撞

来自黑洞合并的四个新信号预示着 LIGO 和 Virgo 天文台即将到来的数据洪流

巨星爆炸后,可以形成两种类型的残骸:质量更大的黑洞和质量较小的中子星。 在此图中,两种类型的残骸都按质量和发现方法显示。 通过 X 射线观测探测到的黑洞以紫色显示,而通过引力波探测到的合并黑洞以蓝色描绘。 一些中子星也以黄色显示,橙色伴随着两个在 2017 年被观测到合并的中子星。

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科学家们已经识别出另外四个来自外太空巨大碰撞的幽灵般信号,其中包括迄今为止最大的碰撞,这使得他们在短短几年内探测到的引力波总数达到 11 个。 更棒的是,如此丰富的观测结果足以让科学家们对我们周围的世界以及充满世界的黑洞做出更广泛的发现。

一个隶属于美国激光干涉引力波天文台 (LIGO) 及其欧洲 counterpart Virgo 的研究团队于周六(12 月 1 日)在一次科学会议上公布了这四项新探测结果。

“科学界花了一个世纪才证实爱因斯坦关于引力波存在的预测,”英国格拉斯哥大学的物理学家 Sheila Rowan 在一份声明中说。 “但自那时以来,我们发现的速度令人振奋,我们预计未来会有更多令人兴奋的探测结果。” [探索引力波:LIGO 激光干涉仪项目照片]


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引力波通常被描述为“时空中的涟漪”,是由成对的黑洞或中子星产生的——它们是恒星爆炸时产生的两种极其巨大、致密的残骸形式。 这些成对的天体相互绕轨道运行,彼此越来越近,并在此过程中引起引力波向外扩散,直到它们最终碰撞。

感谢 LIGO 和 Virgo 探测器,地球上的科学家现在可以捕获这些信号,这使他们能够研究碰撞和所涉及的天体。 随着引力波科学领域的成熟,新的探测结果呈现出不同的基调。 2016 年 2 月宣布的首次探测因其存在本身而引人注目,但在随后的近三年中,双黑洞合并已开始趋于常规。

新的公告是迄今为止一次性发布的最大一批探测结果,其中包括迄今为止观测到的质量最大、距离最远的碰撞事件。 现在,科学家们已经掌握了总共 10 个双黑洞合并探测结果(以及去年秋天宣布的一个双中子星合并),他们可以开始对一般的黑洞得出一些结论。

“引力波使我们能够前所未有地深入了解黑洞的种群和特性,”西北大学的天体物理学家 Chris Pankow 在一份声明中说——例如,大多数由恒星形成的黑洞包含的物质少于 45 个太阳的质量。 “我们现在对恒星质量双黑洞合并的频率及其质量有了更清晰的认识。 这些测量将进一步使我们能够了解我们宇宙中最巨大的恒星是如何诞生、生存和死亡的。”

新宣布的引力波观测结果并非在新数据中发现——事实上,LIGO 和 Virgo 自 2017 年 8 月以来一直处于升级停机状态。

相反,新的探测结果是在重新审视 2017 年 11 月 30 日至 8 月 25 日期间收集的数据时发现的。 科学家们已经发表了在此期间观测到的三个黑洞合并事件,以及迄今为止发现的唯一一次双中子星碰撞。

探测器计划于 2019 年初再次开始观测,科学家们认为他们将在那次观测运行期间每月发现两次黑洞合并。 但与此同时,他们可以继续研究这四项新发现。

这项研究在 LIGO 和 Virgo 团队于 12 月 1 日发布的两篇论文中进行了描述。

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Meghan Bartels is a science journalist based in New York City. She joined 大众科学 in 2023 and is now a senior news reporter there. Previously, she spent more than four years as a writer and editor at Space.com, as well as nearly a year as a science reporter at Newsweek, where she focused on space and Earth science. Her writing has also appeared in Audubon, Nautilus, Astronomy and Smithsonian, among other publications. She attended Georgetown University and earned a master’s degree in journalism at New York University’s Science, Health and Environmental Reporting Program.

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