IT之家 3 月 8 日消息，科學(xué)家表示，地球上的引力波探測器“聆聽”到的時空漣漪目錄數(shù)量已翻倍，新發(fā)現(xiàn)的引力波源包括不穩(wěn)定的黑洞合并事件，以及迄今為止探測到的質(zhì)量最大的黑洞碰撞。

早在 1915 年，阿爾伯特 · 愛因斯坦就預(yù)言：當(dāng)宇宙中密度最高、最極端的天體發(fā)生碰撞時，這些事件會讓時空本身（被統(tǒng)一稱為“時空”的四維實體）產(chǎn)生震蕩。一百年后的 2015 年 9 月 14 日，激光干涉引力波天文臺（LIGO）首次探測到了這些時空漣漪，它們源自 13 億多光年之外的黑洞碰撞。

從那以后，LIGO 及其合作引力波探測器 —— 意大利的室女座干涉儀（Virgo）和日本的神岡引力波探測器（KAGRA），已經(jīng)探測到大量來自黑洞合并、中子星合并，甚至黑洞與中子星“混合合并”的引力波。LIGO-Virgo-KAGRA 合作組（LVK）的最新觀測數(shù)據(jù)顯示，宇宙中充斥著來自天體碰撞的引力波。

加州理工學(xué)院的 LVK 成員露西 · 托馬斯在一份聲明中說：“每一次新的引力波探測，都讓我們以十年前無法想象的方式，解開宇宙謎題的又一塊碎片。想到未來的觀測任務(wù)能為我們揭開哪些天體物理奧秘與驚喜，就令人無比激動?！?/p>

這份被命名為《引力波瞬變目錄 4.0》（GWTC-4）的數(shù)據(jù)集包含 128 個極其遙遠(yuǎn)的引力波源，數(shù)據(jù)來自這些引力波探測器的第四次觀測運行，觀測時間為 2023 年 5 月至 2024 年 1 月。

在此之前，LIGO、Virgo 與 KAGRA 前三次觀測僅“捕捉”到 90 個潛在引力波源。令人振奮的是，GWTC-4 的規(guī)模本可以更大：LIGO、Virgo 和 KAGRA 還探測到約 170 個引力波信號，尚未被納入該目錄。

英國卡迪夫大學(xué)教授、LIGO 發(fā)言人斯蒂芬 · 費爾赫斯特在聲明中表示：“過去十年，引力波天文學(xué)從首次探測，發(fā)展到觀測數(shù)百次黑洞合并。這些觀測讓我們更深入地理解大質(zhì)量恒星坍縮形成黑洞的過程，探索宇宙的演化，并對廣義相對論進行越來越嚴(yán)格的驗證?！?/p>

GWTC-4 最突出的特點之一，是產(chǎn)生這些信號的事件類型極為豐富。目錄中包含：

• 迄今觀測到質(zhì)量最大的雙黑洞合并事件，單個黑洞質(zhì)量約為太陽的 130 倍；
• 質(zhì)量差異懸殊的不對稱黑洞合并；
• 旋轉(zhuǎn)速度接近光速 40% 的高速自旋黑洞。

科學(xué)家認(rèn)為，這些參與合并的黑洞之所以擁有極端特征，是此前多次碰撞的結(jié)果，這為“合并鏈”理論提供了證據(jù)，該理論可以解釋部分黑洞如何成長為太陽質(zhì)量數(shù)十億倍的超大質(zhì)量黑洞。

麻省理工學(xué)院科學(xué)家、LVK 成員薩爾瓦托雷 · 維塔萊在聲明中說：“這組數(shù)據(jù)讓我們更加確信：在宇宙早期發(fā)生碰撞的黑洞，相比后期碰撞的黑洞，更容易擁有更大的自旋速度。”

IT之家注意到，GWTC-4 還新增了兩例黑洞與中子星的混合合并事件。

英國格拉斯哥大學(xué)的 LVK 成員丹尼爾 · 威廉姆斯表示：“這份目錄傳遞的信息是：我們正在拓展所謂‘參數(shù)空間’的新領(lǐng)域，觀測到全新類型的黑洞。我們真的在突破邊界，看到質(zhì)量更大、自旋更快、在天體物理上更奇特、更不尋常的現(xiàn)象?！?/p>

該目錄也證明了 LVK 探測器的靈敏度已達(dá)到極高水平。部分中子星合并事件發(fā)生在遠(yuǎn)至 10 億光年之外，部分黑洞合并則遠(yuǎn)達(dá) 100 億光年。這些探測讓科學(xué)家得以檢驗最早預(yù)言黑洞與引力波存在的理論 —— 愛因斯坦的巔峰引力理論：廣義相對論。

美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 LVK 成員阿倫 · 齊默爾曼說：“黑洞是廣義相對論最具標(biāo)志性、也最顛覆認(rèn)知的預(yù)言之一。它們對時空的擾動，幾乎比我們能觀測到的任何過程都要劇烈。在檢驗物理理論時，觀測最極端的環(huán)境非常有價值，因為理論最有可能在這些地方失效，而我們也最有可能在這里取得新發(fā)現(xiàn)。到目前為止，廣義相對論通過了我們所有的檢驗。但我們也意識到，必須做出更精確的理論預(yù)測，才能跟上宇宙為我們提供的海量數(shù)據(jù)?！?/p>

LVK 的相關(guān)研究成果即將發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》的特刊上。