LIGO發表第三個重力波事件

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■LIGO(The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 雷射干涉重力波天文台)於6月1日發表最新的重力波觀測結果:他們觀測到了第三個重力波是事件,GW170104。

撰文|陳勁豪

Advanced LIGO在2015年9月的試運轉期間發現了第一個重力波事件GW150914,隨後又在同年12月發現了第二個重力波事件GW151226。這兩個事件不但證實了LIGO已經確實達到了偵測重力波所需要的靈敏度,同時也開啟了重力波天文學。透過偵測重力波,我們可以觀測到兩個黑洞繞著彼此旋轉,進而融合為一的過程。更重要的,觀測到重力波也驗證了愛因斯坦的廣義相對論的正確性。

在這之後,Advanced LIGO進行了新一輪的設備更新,並於2016年11月30日開始第二輪的觀測。在2017年的1月4號UTC時間10:11:58.6,advanced LIGO觀測到了第三個重力波事件。根據分析結果,這次觀測到的重力波的兩個黑洞質量分別約是32跟19個太陽質量,合併之後的黑洞大小為49個太陽質量。換句話說,有兩個太陽的質量在一瞬間被以重力波的形式釋放出來。

跟前兩次的重力波事件相比,三次都約略是兩個質量為幾十個太陽質量的黑洞進行融合。而從距離來看,前兩次重力波事件距離我們約為13與14億光年遠,而這次的重力波事件則距離我們約30億光年,是目前為止距離我們最遙遠的重力波事件。

這次的重力波事件也透漏出了這兩個這麼靠近的黑洞可能是怎麼形成的。一般來說當兩個黑洞繞著彼此進行融合的過程中,我們可以定義出這個過程中的角動量的方向。而黑洞本身也會帶有自旋,就像是陀螺會自己產生旋轉。在合併的過程中,理論上黑洞的自旋方向可以朝向任何方向。

如果這兩個相當靠近的黑洞是由一個質量很大的星體爆炸而分離所產生的,那麼根據角動量守恆,這兩個黑洞應該有著相同的自旋方向,而且與兩個黑洞的總角動量方向一致。如果這兩個黑洞是由星際塵埃獨立形成,只是剛好靠的很近,這時這兩個黑洞的自旋方向就不一定會一致。換句話說,透過分析黑洞的自旋,我們可以推測這兩個黑洞是怎麼形成的。

而這次的重力波事件中,分析結果顯示至少有一個黑洞的自旋方向與合併過程中的旋轉方向不一致。這似乎顯示這兩個黑洞比較像是各自由宇宙塵埃所結合而成。

根據LIGO前發言人Gabriela Gonzalez日前在中研院的演講,LIGO目前平均大約每個月會有一個可能的重力波事件會觸發系統。要驗證這些事件需要長達幾個月的分析確認,但是這也顯示LIGO已經開始穩定的偵測到重力波訊號。隨著更多的重力波事件被發現,我們將對黑洞有著更清楚的認識。

原始論文:
GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific and Virgo Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 118, 221101 – Published 1 June 2017

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  1. LIGO News Release 2017/06/01: LIGO Catches its Third Gravitational Wave! 
  2. Press Release 2017/06/01: LIGO Detects Gravitational Waves for Third Time

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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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