激光干涉引力波揭示空前黑洞碰撞

    4月19日，天文学家宣布，他们收集到了一份特别的引力波信号。信号源自一大一小两个黑洞的碰撞。大黑洞的重量是另一个小黑洞的三倍还多，二者相差悬殊。科学家可借助这次碰撞，进一步研究黑洞的形成过程。

    在美国物理学会举办的线上会议上，科学家报告了他们的成果。这次碰撞发出的引力波发生在24亿光年外，于2019年4月首次被捕获到，由美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利的室女座干涉仪（Virgo）联合发现。

    芝加哥大学物理学家、LIGO成员玛雅·菲什巴赫在会上发言时指出，在引力波探测器先前发现的10起碰撞与合并事件中，黑洞大小都是质量相近的。但2019年4月的这次发现则不同：大黑洞质量是太阳的30倍，而另一个黑洞质量仅为太阳的8倍。

    通常情况下，两个质量相近、处于螺旋状态的黑洞会发射集中在一个频率上的引力波，它们彼此的绕行速度也会加快。但如果黑洞质量差异明显，两个黑洞的碰撞会产生**，即多个频率的引力波。依照爱因斯坦的广义相对论，除了主要频率产生的引力波，这样的两个黑洞还会产生较高频率的弱波或泛音。

   “爱因斯坦是对的。”麻省理工学院物理学家、LIGO成员马克西米利安·伊西在会议上表示，他们检测到的泛音大致与广义相对论预测的一样响亮。

伊西介绍，两个黑洞撞击产生的泛音频率应为轨道频率的3倍或主要频率的1.5倍。如果把引力波的主要频率看作钢琴的C音，那么另一个频率的泛音就是比C音更高一些的G音。

    如此一来，科学家还找到一个有趣的发现，引力波的频率与一首歌的前奏非常相似——美国歌星“猫王”的《情不自禁爱上你》。

    一大一小两个黑洞的合并并不常见，如果能搞清它们是如何相互吸引的，则有助于人们理解大型黑洞的形成和演化。

    目前，有两种较为普遍的理论，一种认为两颗恒星在坍缩成黑洞前就在缠绕运行，另一种则认为恒星是独立坍缩的，它们演化成黑洞后才在宇宙中与其他黑洞结成新的对子。若科学家找出更多质量不均等的黑洞合并的例子，就能为后一种理论提供证据。

    菲什巴赫也表示，单个的黑洞合并案例还不足以确证。但如果引力波探测器能找到更多的黑洞合并，统计学分布可为人们指明究竟哪种理论更可能成立。

    从2019年4月1日到2020年3月26日，LIGO和Virgo在运行观测时已经发现了56起新的引力波事件，目前还有数十个事件尚待分析，科学家也非常渴望看到这些分析结果。

    据LIGO科学合作发言人、威斯康辛大学密尔沃基分校的物理学家帕特里克·布雷迪透露，就目前获得的数据而言，LIGO和Virgo的工作人员有望对其中的一半进行一次大范围分析，但由于当前的新冠病毒疫情，科研人员的工作进度不得不推迟。