黑洞相撞震波传到地球 发现旅行13亿光年重力波

ysc

2016-02-12 13:43 联合晚报 编译彭淮栋／综合报导



爱因斯坦又对了！美国科学家11日宣布，侦测到距离13亿光年的黑洞并撞黑洞的活动，从而首度发现爱因斯坦一百年前在广义相对论中假设的「重力波」(gravitational wave)；这项发现是对广义相对论百年庆的绝佳献礼，也为研究宇宙起源开启新纪元。

科学家把黑洞相撞合并产生的重力波转成音波，在记者会播放：在潺潺的其它杂音之中，有个重击声穿透而出，清晰可闻。

转成音波 清晰可闻

LIGO(雷射干涉仪重力波观察站)团队发言人龚萨雷兹说，「这就是我一直在找的声音」。麻省理工学院天文物理学家马瓦瓦拉说，这是研究天文学的新工具，「我们启动了一种新感官，从前我们能看天文现象，现在还能用听的」。

侦测到重力波的消息在科学界流传数月，11日终于在华府一场记者会获得证实。加州理工学院物理学家莱兹说：「诸位女士先生，我们侦测到重力波。我们做到了！」


科学家首度侦获爱因斯坦一百年前假设的宇宙重力波，立大功的是美国「雷射干涉仪重力波观察站」（LIGO）的侦测器。 路透


13亿光年前，两个相互环绕运行的黑洞高速相撞形成一个更大的黑洞。原来的黑洞，一个是太阳质量的29倍，另一个是太阳质量的36倍。

相撞产生的波以光速旅行，去年9月14日通过地球，被守候已久的美国两个巨型雷射侦测站侦获。两个侦测站，一个设在路易斯安那州，一个在华盛顿州，相隔三千公里，合称「雷射干涉仪重力波观察站」（LIGO）。


LIGO是两个观察站的合称，其一坐落路易斯安那州。 路透

物理学上，「干涉」指「波」在空间中重迭时而形成新波形的现象。

LIGO与加州工学院及麻省理工学院合作，大约50年前开始测量空间-时间的延展与收缩，藉此直接追踪重力波，数十年努力终于有成。

时空涟漪 首获证实

两个黑洞相撞，在时间与空间的结构中产生力道极大的风暴；在这风暴里，时间加速，变慢，复又加速，造成空间的形状拗扭弯曲，科学界喻之为「时空涟漪」；这整个涟漪现象，科学界理论上并未置疑，但从未获得直接证据。


当重力波穿透后造成空间的形状拗扭弯曲，科学界喻之为「时空涟漪」。撷自BBC

「这是科学史上重要的一刻。」英国天文物理学家霍金接受英国广播公司（BBC）专访时表示：「重力波提供看待宇宙的崭新方式，发现它们的能力，可能使天文学发生革命性的变化。」

霍金说，这项发现是首度发现黑洞的二元系统，是首度观察到黑洞融合，「除了检验（爱因斯坦的）广义相对论，我们可以期待透过宇宙史看到黑洞，甚至可以看到宇宙大爆炸时期初期宇宙的遗迹、看到一些最大的能量。」

重力波以光速传递，无法加以阻挡；由于重力波产生的时空扭曲非常微小，在此之前科学家从未成功观测到。

过去数十年来许多跨国科学团队都致力于找寻重力波存在证据，但重力波对于附近时空的冲击因距离地球太远，弱不可见，加深观测的难度。LIGO可侦测质子直径万分之一的长度变化，有10余国一千多名科学家参与研究。


LIGO的运作原理、发现重力波 国际新闻组制表

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2016-02-12 13:44 联合晚报 国际新闻组／综合报导



侦测重力波的干涉仪构造图

发现重力波的雷射干涉仪重力波观察站（LIGO）有两处，分别位在美国华盛顿州汉佛德和路易斯安那州李文斯顿。
设在地下的观测台在1999年动工兴建，2001年展开观测作业，2007年暂时关闭进行重大更新，使其威力加强10倍。

更先进的LIGO侦测器在去年9月首次展开全面运作，9月14日路易斯安那观测台率先侦测到重力波的讯号，波源来自南方天际13亿光年外。

华盛顿州侦测器在7.1毫秒后侦测到同样的讯号，使科学家得以证实这并非机器出问题，而是真实的结果。

这些超精密的机器利用每个约长2.5哩（四公里）的巨大雷射干涉仪运作，利用雷射光和太空的物理性质追踪重力波；干涉仪深埋地下，进行最精确的测量。

它们不像一般天文望远镜仰赖光线，却专门感应太空的震动，这种能力使它们得以发掘黑洞的特性。

麻省理工学院（MIT）先进LIGO计画主管休梅克说，重力波在太空扩散时会伸展时空，而侦测器只是把太空压力改变转换成电子讯号的巨大装置，让科学家得以加以数码化和进行分析。

LIGO侦测器含有两个形成L形的长手臂，上面有侦测光线弯曲的光学仪器。

休梅克说，雷射光必须在真空行进，以免受到空气波动干扰，LIGO即含有长2.5哩、直径1.2码的「全世界最大高度真空系统」。如果LIGO一个手臂缩短，另一个伸长，科学家就知道他们看到了重力波。休梅克说，去年9月14日就发现这种讯号，一支手臂缩短，另一支伸长，一毫秒后情况反过来。