宇宙正低声吟唱时空的涟漪

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编译：汪煜

校对：牧夫天文校对组

后期与责任编辑：王启儒

“我们正在将人类的观测能力推向宇宙边界，去观测那些质量更大，自旋更快，在天体物理学上更加奇特且引人入胜的天体。”

通过激光干涉引力波观测台（LIGO）捕捉到的那些宇宙信号，我们在地球上“聆听到”来自时空的涟漪的数量逐步突破新高。新信号源种类繁多，从轨道摄动的黑洞到迄今为止最重黑洞的碰撞都涵盖其中。

时间回溯到1915年，爱因斯坦曾预言：当宇宙中最致密、最极端的天体（黑洞）发生碰撞时，它们会使构成空间与时间的“织物”（统称为四维时空）发生振动。整整一个世纪后， 2015 年 9 月 14 日，LIGO首次探测到了这些时空的涟漪。而这些信号来自 13 亿光年之外两颗黑洞的合并。（补图）

引力波艺术概念图

Credit：MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images

自那时起，LIGO联合意大利探测器Virgo、日本 KAGRA 等装置，陆续捕捉到了大量来自黑洞合并、双中子星合并，甚至黑洞与中子星之间“混合合并”的引力波。最新一次数据显示，宇宙几乎在不断“嗡嗡作响”（这并不是微波背景辐射），这是身处宇宙级碰撞产生的引力波不停回荡。

加州理工学院的研究员Lucy Thomas 在一份声明指出：“每一次新的引力波探测都会让我们用数十年前根本无法想象的方式解开宇宙给予我们似拼图一样的谜题。想到未来的观测可能会揭示出更多天体物理学的奥秘与惊喜确实难以令人不充满激动与期许。”

引力波瞬变目录4.0（GWTC-4）目录

Credit：Ryan Nowicki/Bill Smith/ Karan Jani

这份名为引力波瞬变目录4.0（GWTC-4） 的数据包括128个极端遥远的引力波源。这些数据来自探测器的第四次观测运行，运行时间范围为 2023 年 5 月至 2024 年 1 月。

在此前的前三次观测运行中，LIGO、Virgo 与 KAGRA 只“听到”约 90 个潜在引力波事件。令人兴奋的是，GWTC-4 本可以更大：由于需要等待数据处理，大约还有170个由这些探测器记录但仍然尚未进入正式目录的事件。卡迪夫大学 LIGO 发言人Stephen Fairhurst表示 “在过去十年里，引力波天文学已经从第一次探测发展到观测数百起黑洞合并。这些观测让我们能够更好地理解黑洞如何由大质量恒星坍缩形成，探究宇宙的演化，同时也对广义相对论进行越来越严格的检验。”

GWTC-4 的一个显著特点是事件类型的多样性：目录中既包含迄今观测到的最重黑洞双星之一（每颗质量约为 130 个太阳质量），也包括质量严重不对称的“失衡合并”，以及自转极快的黑洞——其自旋速度可达光速的40%。在这些极端例子中，科学家认为参与合并的黑洞之所以呈现出极端性质，可能是因为它们在此前就经历过合并：一系列的“合并链”会使得黑洞逐步成长。这为解释某些黑洞如何成长为质量达太阳若干倍甚至数十亿倍的巨兽提供了证据。（补图）

探测到黑洞与中子星碰撞的图谱

Credit：LIGO-Virgo/Northwestern U./Frank Elavsky & Aaron Geller

除此以外，GWTC-4 中还包括两起新的黑洞—中子星混合合并事件。正如目录所示，我们正在进入所谓的“参数空间”的新区域，而这新的区域充斥着全新类型的黑洞。

格拉斯哥大学研究员Daniel Williams 说：“我们不断在推动边界的延伸。我们看到的这些天体更重、旋转得更快，也在天体物理学上更有趣、更不寻常。”

该目录同样展示了 LVK 探测器灵敏度的巨大提升。部分中子星合并事件的探测距离可达 约 10 亿光年，部分黑洞合并甚至来自 约 100 亿光年 之外。借助这些观测，科学家们得以在极端条件下检验早在一百多年前就被提出的理论：爱因斯坦的广义相对论。

到目前为止，广义相对论已在所有这些检验中通过考验；但研究者也逐渐意识到，宇宙不断向我们提供越来越丰富的数据，而我们的理论预测也必须变得更加精确，才能跟上宇宙观测中所揭示出的细节。

——The End——

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