LIGO與Virgo聯手觀測到第四個重力波事件：GW170814
■LIGO與Virgo於2017年8月14日聯手觀測到了第四個重力波事件，GW170814，這也是第一次由三個觀測站同時觀測到的重力波事件。
撰文｜陳勁豪
自從2015年9月14日，LIGO 觀測到了第一個重力波事件後，可說是正式開啟了重力波天文學。之前所觀測到的三個重力波事件，都是由兩個質量約數十個太陽質量的黑洞合併成一個黑洞。當兩個黑洞合併時，新黑洞的質量會略小於原本的兩個黑洞質量的和。合併過程中所損失的質量，通常是數個太陽質量的能量，則會以重力波的形式往四面八方發散出去。
當重力波傳遞到地球的時候，則有可能被 LIGO 的兩座 L 型的偵測器偵測到。LIGO 是由兩部完全相同的偵測器所構成。L型偵測器的兩臂分別有四公里長。當重力波通過偵測器時，會讓偵測器兩臂之間發生極小的長度收縮，約是質子直徑的千分之一。透過偵測這樣微小的變化，物理學家可以觀測到重力波，進而觀測到兩個黑洞合併的過程。
這次的重力波事件 GW170814 跟過去三個重力波事件不一樣的地方在於這是Virgo第一次偵測到重力波事件，也是第一次有三個重力波偵測器同時觀測到的重力波事件。Virgo位於義大利的比薩附近。Virgo 的構造與 LIGO 的兩個偵測器相當類似，都是L型偵測器，只是臂長比 LIGO 略短一些，約三公里，而且靈敏度大約只有LIGO的四分之一。儘管如此，Virgo 依舊在這次的重力波事件中扮演了相當重要的角色。
根據觀測到的結果，GW170814 是由兩個質量分別為31與25個太陽質量的黑洞，合併成為一個具有53太陽質量的黑洞所放出來的重力波。這個事件距離我們約18億光年遠。
這次由於有Virgo的加入，讓科學家得以知道更多關於這次黑洞合併事件的訊息。首先，由於有三個偵測站同時觀測到這個事件，因此透過重力波抵達三個偵測站的時間差，物理學家可以精確定位這個事件的位置。下圖是物理學家推測過去三個重力波事件(GW150914，GW151226，GW170104)所發生的位置。由於只有LIGO的兩個偵測器，所以沒有辦法精準定位事件確實的發生地點。
相對之下，左下角的 GW170814 便可以精確的定出事件的位置。Virgo 的加入，讓定位的精準度增加了十倍左右。當精確定位出黑洞合併事件的方向後，LIGO 與 Virgo 便通知全世界共25座的各式天文望遠鏡，讓這些望遠鏡可以觀測同一方向，看看是否可以觀測到特殊的訊號。目前為止似乎並沒有觀測到特別的現象。這其實在物理學家意料之中。
事實上，除了兩個黑洞合併會放出重力波之外，兩個中子星對撞也會產生重力波，而且應該會放出大量的光與其它訊號，變成宇宙中最震撼的煙火秀。
Virgo 也對測量這兩個黑洞的自旋現象有重要的貢獻。如果這兩個黑洞的自旋方向一致的話，這兩個黑洞可能是所謂的雙星系統黑洞，也就是這兩個黑洞可能是由類似的機制所產生的。而如果兩個黑洞的自旋方向不一致的話，這表示兩個黑洞可能是兩個各自獨立的黑洞。這次 LIGO 與 Virgo 的觀測結果發現，這兩個黑洞似乎比較類似是兩個各自獨立的黑洞，只是剛好碰上了而合併在一起。
有趣的是，Virgo 在2017年8月1日才正式加入 LIGO 的兩部偵測器，一起偵測重力波，隨即在8月14日便觀測到了 Virgo 的第一個重力波事件。經過一個月的觀測之後，LIGO 與 VIRGO 又再次停機進行升級，預計在2018年秋天會再重新啟動進行觀測。
相關報導：
- LIGO News Release 2017/09/27: Gravitational waves from a binary black hole merger observed by LIGO and Virgo
- Physics World 2017/09/27: Virgo bags its first gravitational waves
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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。
