黑洞全家福——引力波新时代已经到来

“黑洞全家福”是“新星表”的一种新颖的称呼。引力波天文学家于2020年发布了这个非常重要且令人兴奋的星表，其中包含来自黑洞或中子星碰撞的39个新信号。

艺术家对于黑洞相互环绕的概念。图片来源：艾伦·盖勒/西北大学。

经过数月的分析，科学家们同LIGO科学合作组织和Virgo合作团队——两个用于发现宇宙中的引力波的大型物理实验和天文观测站——已经发布了他们通过侦察得出的第二个星表。这个星表被命名为GWTC-2。它包含来自黑洞或中子星碰撞的39个新信号——在发布引力波期间的巨大宇宙事件——发现于2019年4月1日到2019年10月1日。这些信号比已被证实的关于引力波的发现的三倍还多，被认为是天文学家的一个全新的工具：一种探究宇宙的新方式。西北大学位于美国伊利诺伊州的埃文斯通小镇，这所大学中参与此次研究的科学家称刚被发布的研究成果为“迄今为止最详细的黑洞全家福”。他们称这个成果提供了关于“黑洞是如何形成的”的新提示，并且通过多次测试再次证实了阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论的学说。

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LIGO科学合作组织在一份声明中说到：新发现[更新的星表]包括我们目前已发现的一些最有趣的系统，并且使天体物理种群的新定性研究成为可能。

西北大学的科学家们认为：这个观测会是解决许多关于“双星是如何相互作用的”谜题的关键。对于“双星如何演化”的更好的理解，对从系外行星到星系的形成的整个天文学都有影响。

在预印本中可以找到报道了科学严谨的细节的三篇相关论文。这项研究成果也将被提交给同行评审刊。此文下方有预印本的链接和关于这些论文的描述。

天体物理学家克里斯多夫·贝利，于西北大学。

美国激光干涉引力波观测台（LIGO）由美国与意大利两地的仪器组成，前者是一对相同的4公里（2.5英里）长干涉仪，后者是3公里（1.8英里）长的欧洲处女座探测器（Virgo）。这些仪器可以从许多来源探测引力波信号，包括相撞的黑洞与相撞的中子星。

报告概括如下：

在LIGO科学合作组织与Virgo组织第二次联合发布的引力波瞬态目录中，以“紧凑物体的群体特征”命名科学家们所惯称的“群体报告”。

西北大学在报告中这样解释到：“……研究者重构了黑洞质量分布与旋转，估算了中子星的双星合并率。这一计算结果可以帮助科学家更深入细致地理解这些系统形成的天体物理过程。科学家对黑洞的质量分布有了进一步了解，同时发现黑洞可能会因旋转而位移，这暗示着黑洞双星系统的形成可能有多种途径。”

该“目录报告”被命名为“第二次引力波瞬态目录：紧凑双星合并，由激光干涉引力波观测台与欧洲处女座探测器在第三次观测运行的前半阶段共同观测”。

西北大学陈述到：“‘目录报告’详述了第三次观测运行的前半阶段中对于黑洞和中子星的探测结果，此阶段中候选区域的全部数据达到了39条。这些数据已经远远超过了前两次观测运行所得……先前宣布的此次观测运行的探测结果包括质量间隙的神秘物体（引力波GW190814）和史无前例的中等质量黑洞（引力波GW190521）。”

报告关于广义相对论的测试在LIGO科学合作组织与Virgo组织第二次发布的引力波瞬态目录中被命名为“黑洞双星系统的广义相对论测试，来自LIGO-Virgo第二次引力波瞬态目录”。

西北大学阐释到：“……作者在爱因斯坦的广义相对论上加以限制。该理论非常成功，他们基于此可能的修正更新了最好的测量。”

LIGO科学合作组织成员，也是报告作者之一的西北大学克里斯多夫·贝利评论：“引力波天文学是革命性的，向我们揭示了黑洞与中子星中隐藏的生命。仅仅5年时间里，我们从对黑洞双星系统一无所知到目前已经拥有超过40条数据的目录。第三次观测运行会有更多发现。把这些结果与先前的发现整合在一起，便可为宇宙中千姿百态的双星系统绘出一张美好蓝图。”

GWTC-2，即第二个引力波事件目录，已经于2020年10月28日发布。自2015年9月起，截至日前，LIGO和Virgo已经探测到了50次引力波，新探测到的的39次也被详细记载于这次新发布的目录中。该表格用LIGO和Virgo目前所探测到的全部和大量的黑洞和中子星合并事件（用蓝色表明）来和目前已知的黑洞（用紫色表明）做对比。合并事件被与两个拥有更高质量的终极融合祖先物体有关的箭？所证实。LIGO-Virgo/Northwestern/Frank Elavsky & Aaron Geller提供的图片。

要旨：用LIGO和Virgo（两个被设计用于探测外太空引力波的大规模物理实验天文台）工作的科学家们发布了第二本探测目录。该目录包含了39个黑洞或中子星碰撞的新信号。

激光干涉引力波天文台（LIGO）是一个用于探测外太空引力波以及培养引力波探测力度、以便于将其转换为天文学研究工具大规模物理实验天文台。两所旨在用激光干涉测量法探测引力波的大规模天文台落户美国。这些天文台能通过相互间隔4公里的镜子来探测到哪怕是质子直径小于万分之一的变化。

最初的LIGO天文台是由国家科学基金会（NSF）资助、由加州理工学院和麻省理工学院构建和运作。他们收集了2002至2010年间的数据，但却没有探测到引力波。

旨在提高原本的LIGO探测能力的高级LIGO计划于2008年开始执行，依旧由NSF赞助支持，英国科学和技术设施委员会、德国马克斯•普朗克学会、澳洲研究委员会为其提供了重要协助。升级后的探测器于2015年投入使用。引力波的探测结果于2016年由来自多个大学和研究机构科学家参与的激光干涉引力波科学协作会（LSC）和宝女座探测器协作会发布。参与该项计划的科学家们和对于引力波天文学数据的分析均由LSC组织管理，截至2016年12月，该组织拥有超过1000名来自世界各地的科学家以及440000名Einstein@Home活跃用户。

作者：Deborah Byrd 

FY：Astronomical volunteer team

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