首次直接探测到引力波

王晋岚

2016年2月11日，来自美国激光干涉引力波天文台（LaserInterferometer Gravitational.WaveObservatory，LIGO）的科学家宣布，人类首次直接探测到了时空的涟漪——引力波。这一引力波信号（现被称为GW150914）于协调世界时（coordinated universal time，UTC）2015年9月14日9：51，即北京时间当日17：5l由分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的一对探测器观测到，置信度高达5.1（『。相关结果于当日发表于Physical Review Letters。这一探测证实了爱因斯坦的广义相对论的一个重要预言，并打开了一扇探测宇宙的全新窗口。

1915年，爱因斯坦发表了广义相对论场方程，标志着广义相对论的诞生。次年，爱因斯坦发现了场方程的一个波动解，预言了引力波的存在。同样在1916年，施瓦西（K.Schwarzschild）发现了场方程的另一解，后来人们意识到此解描述了黑洞这一奇特天体；1963年，克尔（R.Kerr）进一步发现了旋转黑洞解。

1970年代和1980年代，赫尔斯（R.Hulse）和泰勒（J.Taylor）发现了引力波存在的第一个间接证据：他们观测到由一个脉冲星和一个中子星组成的双星系统。根据广义相对论，系统由于辐射引力波应导致脉冲星的轨道缓慢缩小。经多年观测，他们发现轨道变化率与广义相对论的预言高度一致。

此次LIGO观测到的信号则是人类第一次直接观测到引力波本身，这得益于LIGO的高灵敏度。在LIGO独立而相距遥远的两个天文台中，各有一台全长4千米的L形干涉仪。干涉仪将激光分成两束，两束激光在两个干涉臂之间来回运行。根据广义相对论，当引力波经过探测器时，干涉臂长度会有微小的变化。LIGO可以探测到小至质子直径万分之一的微小变化。

基于对观测数据的分析，以及与理论计算的比照，此信号源于13亿年前质量分别为36：；太阳质量和29=：太阳质量的两个旋转黑洞的并和。这也是人们第一次观测到双黑洞并和事件。