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巨型黑洞五十億光年外合併 五太陽質量化重力波 LIGO Virgo 去年聯手錄得

2018/12/4 — 14:18

黑洞合併預想圖
Credit: SXS

黑洞合併預想圖
Credit: SXS

上周六 (1.12) 於馬里蘭州舉行的重力波物理和天文學研討會,來自美國激光干涉重力波天文台 (LIGO) 與意大利室女座干涉儀 (Virgo interferometer) 的研究團隊指,在重檢 2015-2017 年三年間的檢測數據後,發現有多 4 次重力波被記錄,其中一次發生於 2017 年 9 月 27 日的重力波,相信來自人類已知最大型且最遠距離的黑洞合併事件。

有關重力波

重力波是在兩個如黑洞的大質量天體,互相環繞之時時空大幅扭曲產生的能量。當時空被扭成漣漪狀,能量會經由這時空漣漪向外傳遞。而兩個天體的能量不斷流失,會越來越互相靠近,最後相撞。

該次黑洞合併事件被代號為 GW170729 相信於 50 億年前發生,兩個黑洞原本分別為是太陽質量的 50 及 34 倍,並最終合拼為一個相當於太陽質量 80 倍的超巨型黑洞,發出的重力波能量相當於 5 個太陽質量。不過學界暫時未清楚這兩個質量龐大的黑洞如何形成,以及如何互相靠近。

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除了錄得 GW170729 , LIGO 與 Vigro 的聯合團隊以新的電腦演算法重檢數據時發現,三座干涉儀也錄得另外三次重力波,使人類的重力波記錄增至 11 次, 10 次來自黑洞合併,另一次則來自中子星合併。

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LIGO 與 Virgo 在 2015-2017 年三年間,分別於兩段時間進行觀測。在 2016 年 2 月, LIGO 團隊首次公佈發現重力波 GW150914 ,該次黑洞合併事件涉及兩個分別是太陽質量的 29 及 36 倍的黑洞。這個發現亦令三位成立 LIGO 的學者 Rainer Weiss 、Kip S. Thorne 和 Barry C. Barish 於 2017 年共同獲得諾貝爾物理學獎

而是次錄得重力波後不足一個月, LIGO 再錄得重力波 LVT151012 ,但當時學者認為訊號微弱難以確認為重力波,只認為是一次「警報 (LIGO-VIRGO Trigger) 」。在是次重檢數據後,團隊確認 LVT151012 的訊號並非雜訊,因而將其代號升格為 GW151012 。另外 4 次新發現的重力波均來自 2016 年 11 月至 2017 年 8 月的第二階段觀察。

LIGO 與 Virgo 自 2007 年起已同意互相分享、分析以及及發表數據,團隊指這種合作是必要的,因為干涉儀探測查個天空且不定向,而尋找的重力波訊號均是很微弱與很少發生的,會被隱沒於各種儀器雜訊。故此,由多個儀器同時檢測的重力波才可更確定發現屬實。

現時 LIGO 與 Virgo 正在維修與作出調整升級,預計會於明年春季再度運行,屆時相信會再有更多新發現。

來源:
BBC, Gravitational waves: Monster black hole merger detected, 3 December 2018
Science, Cosmic cacophony of colliding black holes continues, 3 December 2018

文/Alan Chiu 、審核/TC Chow 

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