“我们又做到了!——LIGO 物理学家Salvatore Vitale。”

透过两座激光干涉重力波天文台(LIGO) 测量到重力波后,物理学家再在今日(16.6) 发表报告,指他们成功在去年12 月26 日3:38 UTC 在录得14 亿光年以外,录得两个黑洞合併时散发出的重力波。报告已刊于《物理评论快报》。
这次在LIGO 测量到的重力波波幅比上次小,亦较难从大量杂讯中被发现。不只如此,今次录得两个合併的黑洞质量也比起9 月发现的小,分别只比太阳大14.2 及7.5 倍。据《MIT News》报道,两个巨型黑洞在合併和散发出大量能量前,一共围绕对方转了55 次。圈绕运行的速度达到光速一半。最终两者合而为一,而合併的双黑洞的质量,共有20.8 个太阳大。散发出的重力波讯号就先到达路易斯安那州探测器,再在1.1 毫秒后抵达华盛顿州的LIGO 探测器,由此科学家就可初步了解到重力波的源头位置以及散发的方向。
           


两个黑洞合併示意图。左下方是去年探测到的重力波(GW150914),右上方是刚刚发表GW151226。为了要显示出两个黑洞合併系统质量大小的差异(在GW150914,两个黑洞的质量分别是太阳的29倍及36倍;但这是探测到的GW151226,两个黑洞的质量分别是太阳质量的14倍与9倍。),所以将他们画在同一图中;事实上,这两对黑洞合併系统是在不同的时间及不同的位置被探测到。Image credit: LIGO/A. Simonnet

甚么是「重力波」?

爱因斯坦的广义相对论提出全新的「时空(Spacetime)」概念,改变了物理学对「时间」和「空间」的看法。在相对论中,「重力(Gravitiy)」并不是「力」,反而是时空被物质或能量扭曲而出现的现象。物质或者能量会在时空中会互相影响。物理学家常以铁球和弹床实验,形容重力。科学家将铁球放在弹床后,铁球会令弹床会下陷。当把较轻的网球放上弹床,网球看起来就像被一股「力」拉过去。如果放下两个铁球到弹床,铁球亦会以两者重心公转,并产生「弹床波浪」。这现象跟宇宙中黑洞,或者是中子星等高质量天体围绕公转时,时空被扭曲拉扯而成的波浪纹一样,科学家将之称之为「重力波」。

第2 次测量到重力波再次证实爱因斯坦100 年前提出的广义相对论。有份参与研究的物理学家Salvatore Vitale 向《MIT News》表示:「第一次测量到重力波时,一切实在太美,对我们来说根本是难以置信。而现在,我们又再录得另一个重力波讯号,证明我们真的观察到宇宙间有双黑洞存在。我们相信将来可以继续测量到重力波,并从中揭开更多科学奥秘。」研究人员形容,这次发现象徵重力波天文学的新时代来临,而未来的测量将会为我们提供更多有关宇宙的新资讯。

没有参与研究的天体物理学家余海峯接受《立场新闻》访问时指,今次LIGO 成功再发现重力波意义重大——一部份原因是黑洞本身并不会发出电磁波,本身难以被发现;另外,这发现也代表宇宙间黑洞合併比我们以往想像多。过往科学家一般并不能理解到宇宙间怎会有质量大的双黑洞系统 。

另一位LIGO 物理学家Lisa Barsotti 也向《MIT News》指:「你也不难想像到,这次测量到的数据对于我们而言有非常大的衝击。我们期待已久这个发现。」她笑言:「过去几个月,绝对是难以忘怀的经历。」