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出品 | 科普中國

制作 | 黑洞來客 茍利軍 黃月

引力波無疑是2016年科學界最大的新聞之一。

2016年2月和6月，LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 激光干涉儀引力波天文臺）和Virgo（室女引力波探測器）科學組織聯合，先后公開宣布了兩次探測到的引力波事件，街頭巷尾都在議論著引力波，這被認為是科學史上100年來的最大突破。

此后一段時間里，關于探測到更多引力波事件的謠言不斷出現，但并未得到官方的確認。5月31日，在距離上次發布會近一年之后，LIGO和Virgo科學合作組織舉行了一次內部媒體發布會，正式確認了第三次引力波事件。

圖1：雙黑洞合并模擬

在大眾傳媒中間，引力波似乎已成為一個過氣話題，而對于科學家們來說，對于引力波的探索和研究才剛剛開始。

LIGO發言人大衛·舒梅克（David Shoemaker）在發布會上說，他期待著，十年之后，引力波領域的新發現將超出我們的想象。

黑洞來客團隊以自由撰稿人的身份申請旁聽了這次內部發布會，這一次，人類又發現了哪些宇宙的小秘密呢？

一次略顯神秘的“秘密發布會”

雖然發布會的召開時間是北京時間5月31日深夜，但今天并沒有什么關于引力波的新聞見諸報端。

原因有二：

一來，之前兩次發布會都采用了視頻直播的方式，聲勢浩大。

圖2  此前兩次視頻發布會是這樣式兒的（圖片來自網絡）

這次則選擇了更為方便的電話會議，參會人員不必專程聚集到某一個地點；這也表明了引力波探測事件的日常化，隨著探測靈敏度的提高，將有越來越多的引力波事件被發現，隆重的視頻發布會已不再必要，除非發現全新的天文現象。

二來，依據主辦方規定，關于此次新聞發布會的報道須在24小時后才能發布，也就是北京時間6月1日23時之后。

不僅如此，為了保證內容不被提前透露，這次發布會采用了邀請加入的方式（RSVP），須事先得到組織方的加入指南，才能進入電話會議中。黑洞來客團隊以自由撰稿人的身份申請旁聽，很快獲得回復和批準。在進行連接和登記之后，我們進入了這場“秘密會議”的“大廳”。

麻省理工學院教授大衛·舒梅克是新當選的LIGO發言人，他首先宣布advanced LIGO（簡稱aLIGO，原來激光干涉引力波天文臺的升級版）發現了來自兩個黑洞合并的新引力波源GW170104，以及本次新發現引力波事件的基本特征。

與之前的LIGO相比，改進后的aLIGO靈敏度更高，探測范圍更遠。

它于2015年9月開始正式運行，在2016年年初結束了第一期的運行。在此期間，它探測并確認了我們此前熟知的兩個引力波事件——GW150914和GW151226。

經過短暫的修整和調試，aLIGO從去年11月30日開始第二次運行，預計今年8月份結束。在第二次運行過程中，aLIGO發現了此次公布的GW170104事件。此時距離上一個引力波確認事件，已過去了一年時間。

相隔時間看似漫長，但從LIGO官方主頁我們可以看出，aLIGO在此次運行過程中已探測到了6例引力波新事件，平均每月一次！只不過其它更多數據還在分析和驗證中。

30億年前一場用時0.1秒的大事件

黑洞看似神秘，實為宇宙間最為簡單的一類天體。

為什么這么說？因為通常我們只需三個量（質量，自轉和電荷）就可以描述一個理論上的黑洞，物理學家把這稱為“三毛定理”（或“無毛定理”）。

對于宇宙當中真實存在的黑洞而言，描述就更為簡單，只需要質量和自轉兩個量。（因為黑洞周圍通常存在著自由電荷，即使黑洞本來帶電荷，也很容易達到中性。）

科學家們通過引力波測量黑洞的質量和自轉，有著非常大的優勢。一旦測量到了引力波，通過波形比對，我們就可以知道黑洞合并前后的這些物理量的大小了。

圖3  觀測到的引力波頻率演化圖和形變演化圖

通過比對此次觀測的波形和不同參數模型，LIGO的科學家們得出結論：此次發現的引力波事件和之前的兩例類似，也是來自于兩個黑洞的合并。

在合并之前，兩個黑洞的質量分別為31.2和19.4個太陽質量，合并后產生了一個48.7太陽質量的黑洞。黑洞合并的一瞬間，以引力波的形式釋放出了近2個太陽質量的能量，那一刻所產生的能量要比整個宇宙中所有恒星釋放出來的能量之和多幾十倍。

這次氣勢恢弘的黑洞合并被LIGO在兩個不同地方的探測器（分別位于Hanford和Livingston）同時觀測到了，Hanford早探測到了3毫秒。整個信號過程只持續了短短的0.1秒。

這場合并發生在距離我們30億光年的地方。自事件發生起，經過了宇宙間30億年的傳播，才最終抵達我們的地球。LIGO之前探測到的兩個事件，分別位于13億和14億光年之外。

這也說明了aLIGO運行狀態良好，甚至可以說是超常發揮了。因為按照之前的估計，aLIGO應該最遠可探測到23億光年之外由兩個30太陽質量黑洞合并的信號，而這次的30億光年遠遠超出了科學家們的預估。