又“听”黑洞并合 “猴年马月”并不遥远

2016年06月16日  来源：科技日报　　记者 徐 玢 高 博 张盖伦 刘园园

双黑洞并合示意图　　图片来源：SXS

　　北京时间6月16日凌晨，美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）与欧洲Virgo引力波探测器在美国天文学会圣地亚哥会议上共同宣布，在高新LIGO探测器的数据中确认了又一起黑洞并合事件。

　　确认不是孤例

　　中国科学技术大学天文系教授蔡一夫说，LIGO宣布初次发现前，大家对引力波探测和中小质量黑洞探测感到悲观，怀疑这一技术不成熟。四个月前人类首次探测到引力波后，有学者认为这是一起观测孤例。

　　“他担忧地说：‘下次观测到不知是猴年马月了’。果然，在‘猴年马月’又宣布了一项观测结果。”蔡一夫说。

　　“遵循天文学传统，两个事件就是一个族群了，所以我们终于可以说发现了双黑洞的族群。”湖北第二师范学院副教授、引力波研究者范锡龙说。

　　“如果这次引力波事件的确来自两个10倍左右太阳质量的黑洞并合，那么说明今后这种高频引力波探测的事件检测率将会比较高。”中科院高能物理所研究员张双南在网络上说，第一个引力波事件来自两个30倍左右太阳质量的黑洞的并合，那种黑洞以前科学家所知甚少，而10倍左右太阳质量的黑洞在银河系和附近星系内很常见，有利其电磁波对应体的搜寻。

　　“引力波信号，如同在浩渺宇宙中给出了一个方向，圈出了一个区域，发挥着‘指哪打哪’的作用。我们可以进一步去寻找引力波事件的电磁对应体，去多方面确证黑洞的性质。”中国科学院国家天文台研究员苟利军告诉科技日报记者。

　　新技术立功了

　　“这次难度比上次更大。”范锡龙说，“在噪声中发现信号，就好像在鸡群中找仙鹤。上次的引力波信号GW150914很强烈，好像是一群鸡里一下子看到了一只成年仙鹤。这次的信号比较微弱，好像要找出一只和鸡差不多大的小仙鹤，光看个头是行不通了，还要全面对比细节。这次用到的技术叫“匹配滤波”，能找出更弱的信号。”

　　范锡龙说，多次优化后，该技术可实时处理数据，这次信号在到达探测器70秒后就被发现了！这也为科学家寻找更多、更弱的引力波信号开辟了新的渠道。“虽然比较弱，这次信号的致信度还是高于5希格玛。这说明虽然体型小，但是一只小仙鹤还是和其它鸡有显著的不同。”

　　范锡龙说，LIGO积累的数据中，其实有不少“疑似”双黑洞并合信号。但只有置信度高于5希格玛的结果才能被确认。这次“双黑洞绕转并合”的引力波信号GW151226由位于美国路易斯安那州和华盛顿州的一对LIGO探测器分别测出。

　　“第一时间的科学发现总是非常困难，需要非常慎重，反复检查结果，但一旦能够确认、熟悉这种信号的特征，就会变成一种常规的技术。”中国科学院高能物理研究所研究员曹俊在网络上说，“据我所知，LIGO手上还有四五个这样的信号，只是现在还不能确认，需要进一步检查。”

　　这次并合更慢

　　范锡龙指出，这次观测到的GW151226的信号长度（1秒）比GW150914（0.2秒）长，意味着可以在LIGO的观测区域内看到两个黑洞绕转更多圈数，这有助于精确测量它们绕转的轨道周期变化。

　　双黑洞并合是个越绕越近、越绕越快的过程。科学家希望它俩别太心急，悠着点儿。这样就能看到双黑洞绕转更多圈。LIGO这次幸运地观察到了一对有耐心的黑洞。

　　“此次并合的两颗黑洞质量分别为约14倍和约8倍太阳质量，小于上次发现的双黑洞。它们绕转周期的变化速度更慢，这次科学家看到了两颗黑洞互相绕转了50多圈，而上次仅看到20多圈。这对于希望确定黑洞质量的科学家来说是好消息。”范锡龙说。

　　发现黑洞自旋信息

　　“此次的一个重大发现是获得了黑洞并合前的自旋信息。”范锡龙说，双黑洞的自旋方向对理解双黑洞形成机制很重要。

　　“科学家认为双黑洞系统有两种形成可能：孤立双星演化，或者一颗黑洞捕捉另一颗。孤立双星演化形成的双黑洞，一般来说自旋方向关系着轨道绕转方向。”范锡龙说，上次发现的黑洞系统由于绕转太快，很难测出自旋信息。而这次科学家确信，双黑洞中至少有一个黑洞有自旋。