LIGO 第 2 次發現重力波 再證愛因斯坦廣義相對論

繼去年9 月14 日透過兩座激光干涉重力波天文台(LIGO) 測量到重力波後，物理學家再在今日(16.6) 發表報告，指他們成功在去年12 月26 日3:38 UTC 在錄得14 億光年以外，錄得兩個黑洞合併時散發出的重力波。報告已刊於《物理評論快報》。

這次在LIGO 測量到的重力波波幅比上次小，亦較難從大量雜訊中被發現。不只如此，今次錄得兩個合併的黑洞質量也比起9 月發現的小，分別只比太陽大14.2 及7.5 倍。據《MIT News》報道，兩個巨型黑洞在合併和散發出大量能量前，一共圍繞對方轉了55 次。圈繞運行的速度達到光速一半。最終兩者合而為一，而合併的雙黑洞的質量，共有20.8 個太陽大。散發出的重力波訊號就先到達路易斯安那州探測器，再在1.1 毫秒後抵達華盛頓州的LIGO 探測器，由此科學家就可初步了解到重力波的源頭位置以及散發的方向。

           

 兩個黑洞合併示意圖。左下方是去年探測到的重力波(GW150914)，右上方是剛剛發表GW151226。為了要顯示出兩個黑洞合併系統質量大小的差異（在GW150914，兩個黑洞的質量分別是太陽的29倍及36倍；但這是探測到的GW151226，兩個黑洞的質量分別是太陽質量的14倍與9倍。），所以將他們畫在同一圖中；事實上，這兩對黑洞合併系統是在不同的時間及不同的位置被探測到。Image credit: LIGO/A. Simonnet
 
甚麼是「重力波」？

愛因斯坦的廣義相對論提出全新的「時空(Spacetime)」概念，改變了物理學對「時間」和「空間」的看法。在相對論中，「重力(Gravitiy)」並不是「力」，反而是時空被物質或能量扭曲而出現的現象。物質或者能量會在時空中會互相影響。物理學家常以鐵球和彈床實驗，形容重力。科學家將鐵球放在彈床後，鐵球會令彈床會下陷。當把較輕的網球放上彈床，網球看起來就像被一股「力」拉過去。如果放下兩個鐵球到彈床，鐵球亦會以兩者重心公轉，並產生「彈床波浪」。這現象跟宇宙中黑洞，或者是中子星等高質量天體圍繞公轉時，時空被扭曲拉扯而成的波浪紋一樣，科學家將之稱之為「重力波」。

第2 次測量到重力波再次證實愛因斯坦100 年前提出的廣義相對論。有份參與研究的物理學家Salvatore Vitale 向《MIT News》表示：「第一次測量到重力波時，一切實在太美，對我們來說根本是難以置信。而現在，我們又再錄得另一個重力波訊號，證明我們真的觀察到宇宙間有雙黑洞存在。我們相信將來可以繼續測量到重力波，並從中揭開更多科學奧秘。」研究人員形容，這次發現象徵重力波天文學的新時代來臨，而未來的測量將會為我們提供更多有關宇宙的新資訊。

沒有參與研究的天體物理學家余海峯接受《立場新聞》訪問時指，今次LIGO 成功再發現重力波意義重大——一部份原因是黑洞本身並不會發出電磁波，本身難以被發現；另外，這發現也代表宇宙間黑洞合併比我們以往想像多。過往科學家一般並不能理解到宇宙間怎會有質量大的雙黑洞系統 。 

另一位LIGO 物理學家Lisa Barsotti 也向《MIT News》指：「你也不難想像到，這次測量到的數據對於我們而言有非常大的衝擊。我們期待已久這個發現。」她笑言：「過去幾個月，絕對是難以忘懷的經歷。」

“感謝香港立場新聞與余海峯博士同意全文轉載，原文刊登於https://thestandnews.com/cosmos/LIGO-第-2-次發現重力波-再證愛因斯坦廣義相對論/”
延伸閱讀：
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). (2016). GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence. Phys. Rev. Lett. 116, 241103. DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.241103 
MIT News, For second time, LIGO detects gravitational waves, 16 June 2016
Physical Review Letter, Focus: LIGO Bags Another Black Hole Merger, 16 June 2016