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随着首次发现引力波四周年纪念日刚刚过去，该领域继续走向成熟，前景光明。 回想四年前，引力波成为全民热议的话题。2015年9月14日，LIGO-Virgo合作组织首次发现了时空涟漪，其后的几个月这一发现在全球引起轰动。这一发现的四周年纪念日刚刚过去，在首次发现后的几十次后续的探测以及更令人兴奋的发现，这一领域已经日趋成熟。 麻省理工学院的Nergis Mavalvala说，这个领域“已经爆炸了”。“我真的对我们所取得的成绩感到惊讶。无论是在天体物理学方面，还是仪器的巨大改进，都令人振奋。” 迄今为止，总共有23次引力波探测得到证实。其中，有20个是黑洞合并，两个是中子星合并，还有一个被怀疑是黑洞和中子星合并的第一个已知案例。每一个探测发现本身都令人兴奋不已，而由于2018年和2019年对LIGO进行了升级，提高了灵敏度，探测器的探测量从每月一个提升到几乎每周一个，这令人印象深刻。据估计，到2023年，引力波天文台每小时都能观测到一次合并。俄勒冈大学的本·法尔说:“引力波天文学的爆发性进步怎么说都不为过。” 由于这种爆炸性的增长，天体物理学的多个分支学科都取得了显著的进展。芝加哥大学的Daniel Holz说，由于快速增长的大量的观测事件，让黑洞合并的研究现在看起来几乎有些“无聊”，尽管如此，它也正在发生变化。他表示，我们正非常迅速地进入统计领域，不是在分析一个，而是在分析一大堆。现在科学家会看看分布方法，有多少是大的，有多少是小的。即使它们继续是‘无聊的’，无聊事件的分布也是令人着迷的。 与此同时，LIGO和Virgo观测到的第一颗中子星合并，帮助研究人员探索了宇宙本身的一些基本面。美国西北大学的克里斯托弗·贝瑞(Christopher Berry)指出，来自该事件的伽马射线是在引力波出现1.6秒后被其他望远镜探测到的，这使得对重力与光速的测试达到了前所未有的水平。他说:“我们预计它们到达的时间会有一些不同，因为它们不一定是同时被创造出来的。但1.6秒的时间让我们得以验证光速和重力速度确实是一样的，就像广义相对论预测的那样。” 科学家们探索相对论的另一种方法是观察被一个巨大物体“引力透镜化”的引力波。就像光穿过星系和其他大质量物体的引力场时可以被弯曲和放大一样，引力波也应该以同样的方式被扭曲。上个月，天文学家们为可能探测到这样一个事件而兴奋不已，当时两个看起来相似的引力波信号仅以21分钟的间隔横扫地球——这暗示着这些波可能来自同一个源，并且被透镜化了。但不幸的是，进一步的研究表明，这两个紧挨着到达地球的信号来自天空中两个不同的方向，但天文学家仍然对未来发现这样的事件抱有希望，尽管这可能并不容易。加州大学欧文分校的研究员Asantha Cooray说:“偶然发现的可能性非常小，你必须进行数百次这样的观察才可能发现一个。” 透镜现象并不是天文学家预期的唯一未来发现。其中最吸引人的是可能探测到超新星爆炸引起的引力波。然而，这样的事件很可能需要在我们的星系中发生，才能让LIGO和Virgo探测到它。霍尔兹说：“这种情况大约一个世纪才会发生一次。据我们所知，在过去四年里还没有发生这样的事情。所以我们仍然需要等待。总有一天它会发生的。” 想象更大胆的科学家还认为，有一天可能会看到原始引力波，它是大爆炸后的最初几分之一秒遗留下来的。这样的波将使研究人员能够比以往任何时候都更深入地回顾宇宙的诞生。最早到达地球的光是在宇宙40万年的时候发出的，而引力波自宇宙大爆炸后的最初时刻就开始向我们传播。但这些波的特征应该非常微弱，只有所谓的第三代引力波探测器才能探测到它们，比如美国计划中的宇宙探测器或欧洲的爱因斯坦望远镜。 当然，引力波的泛滥也揭示了意想不到的新秘密。其中一个例子是参与这些合并的黑洞的未知起源，它们被称为恒星质量黑洞，因为它们的质量是我们太阳质量的几倍。Mavalvala说:“你可能会天真地认为，这类黑洞是普通恒星变成超新星的残留物。但我们知道，普通恒星无法长到太阳质量的几十倍。因此，这种形成场景无法成立。另一种可能性是，它们是小黑洞合并的结果，但这需要宇宙中小黑洞数量大到无法估量的程度，才能解释所看到的合并数量。”目前，真正的答案仍然难以捉摸。 四年过去了，引力波天文学的发展丝毫没有放缓的迹象。贝瑞说：“我认为这是一场革命，我们真的打开了眼界，看到了外面的世界，那是看不见的，我们只能通过引力波揭示出来。随着探测数据越来越多，未来还会有更多的发现。” |
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