【時事焦點】LIGO觀測到第二個重力波事件

© LIGO/T Pyle
© LIGO/T Pyle

■LIGO繼今年二月公佈了首次觀測到重力波的事件後,日前又宣佈發現了第二個重力波事件,GW151226。

撰文|陳勁豪

LIGO是雷射干涉引力波偵測站(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)的簡稱,由兩座一模一樣的雷射干涉儀所組成。兩座雷射干涉儀一座位於美國華盛頓州的Hanford,一座位於路易斯安那州的路易斯安那州的Livingston。為了偵測極為微弱的重力波,兩部雷射干涉儀的臂長長達四公里,同時使用各種去除雜訊的方式,使得兩部干涉儀只對重力波所造成的微小改變有反應。

根據愛因斯坦的廣義相對論,當兩個質量極大的物體,例如兩個黑洞,進行高速相對運動時,這時會因為周圍時空的不斷扭曲而放出重力波。

當LIGO發表第一個重力波事件GW150914時,這個事件是由兩個質量分別是36跟29個太陽質量的黑洞相互吸引並融合成一個質量為62個太陽質量的黑洞,放出的重力波總能量相當於是三個太陽質量。

而這次LIGO公佈的第二個重力波事件GW151226,也是兩個黑洞相互融合的事件。兩個黑洞的質量分別是14跟8個太陽質量,融合而成一個質量為21個太陽質量的黑洞,放出的總能量約相當於一個太陽質量。

跟GW150914相比,這次的雙星黑洞質量明顯較小,因此這次的重力波訊號並不是那麼明顯,需要經過過濾雜訊及其他處理後才能看到重力波訊號。而且由於兩個黑洞的質量較小,所以從LIGO所測得的訊號,大約紀錄了兩個黑洞融合前一秒的相對運動狀況。在這個長達約一秒的過程中,LIGO看到了約27個週期。相對於GW150914的約0.2秒,可說是相當緩慢的過程。

除了這個GW151226的重力波事件外,LIGO於去年的十月12日也看到了另一個可能的重力波事件LVT151012,只是這個事件的訊號強度沒有那麼強,所以只能被列為是可能的重力波事件。

當LIGO觀測到第一個重力波事件GW150914的時候,不但證實了重力波的存在,同時也證明了LIGO的靈敏度。而這次第二個重力波事件GW151226,證明了LIGO上次發現重力波並不只是巧合。更重要的是三個月內看到了兩次雙星黑洞合併的情形,這表示宇宙中可能有相當數量的這類系統存在,而透過重力波,將可以讓我們對這個未知的宇宙作更進一步的研究。

原始論文
GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 116, 241103

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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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