5月26日，由美国激光干涉引力波天文台(LIGO)、意大利“室女座”引力波探测器(Virgo)和日本神冈引力波探测器(KAGRA)携手组成的LVK合作组，在线发布了引力波瞬变目录第五版——GWTC-5。
这份目录收纳了LVK在2024年4月10日至2025年1月底期间捕捉到的161个源自黑洞并合的新引力波信号。至此，人类已探测到的引力波信号家族壮大至390个。相关论文已分别提交给《天体物理学杂志》和《天体物理学杂志快报》。
由GWTC-5集结的这批信号，宛如图纸般清晰的“宇宙藏宝图”，已帮助科学家发现了一连串深空“宝藏”，包括迄今最精确的引力波源、最清晰的引力波信号，以及第二代黑洞的存在证据。
LVK合作组成员、英国格拉斯哥大学引力研究所研究员丹尼尔·威廉姆斯博士认为，这次信号“上新”再次拓宽并加深了人类对宇宙的认知。美国内华达大学拉斯维加斯分校的利奥·津卡达则表示，不断增长的引力波信号正把天文学研究带入全新纪元，使科学家能以空前的精度检验广义相对论。
最精确引力波源定位
据物理学家组织网5月26日报道，2024年6月15日，LIGO的两台探测器和Virgo联手捕捉到信号GW240615，创下所有引力波事件中最精确天空定位的纪录。得益于3台探测器同时工作、实施三角定位，该引力波源被锁定在区区6平方度的狭窄天区内。在这片距离地球约30亿光年的天区里，一个26倍太阳质量的黑洞和一个30倍太阳质量的黑洞剧烈碰撞，激起的时空涟漪奔行亿万光年，最终被地球上的探测器捕获。
这一突破离不开Virgo的回归。从2024年4月起，Virgo重新加入观测网络，大大强化了多信使阵列的定位能力，使定位精度大幅提升，科学家借此能更容易地识别出每次并合对应的宿主星系。
精确的定位，带来的远不止一个记录。格拉斯哥大学引力研究所研究员亚历克斯·帕帕多普洛斯指出，更大规模的引力波信号样本库正帮助解答宇宙学中最重大的问题之一：宇宙膨胀的速度有多快?人们常用哈勃常数来描述这一膨胀速率，引力波使科学家能够通过估算并合天体的距离来测算哈勃常数。
得克萨斯大学奥斯汀分校的陈欣瑜(音译)进一步解释道，哈勃常数告诉我们宇宙膨胀的速率和它的年龄，然而不同测量方法至今仍给出相互矛盾的答案，由此形成了著名的“哈勃张力”。如果差异持续存在，便意味着我们今天的宇宙学图景或许并不完整。借助这一批新的引力波源，团队获得了精度比此前提升约25%的哈勃常数值。这一跃进让科学家更有信心解开现代宇宙学最大的谜题之一。
最清晰的“宇宙呢喃”
美国科学促进会旗下优瑞科网站在5月26日的报道中指出，捕捉引力波，本身就是一场与噪声的对决。信号的清晰度通常用信噪比(SNR)来衡量。在GWTC-5中，就藏着一个迄今最清晰的“宇宙呢喃”——信号GW250114，信噪比高达76.9。
这一信号来自两个分别为32倍和34倍太阳质量的黑洞，在约13亿光年外的宇宙深处并合，于2025年1月14日抵达地球。美国康奈尔大学物理学家基夫·米特曼认为，GW250114是迄今从双黑洞并合中提取出的最强、最清晰信号，宛如为广义相对论量身定制的检验标尺：信号的每一个细节都与爱因斯坦的预测完美契合。
不仅如此，格拉斯哥大学的约翰·维奇博士透露，LVK合作组借助这一信号，以高达99.999%的置信度，成功验证了霍金于1971年提出的黑洞面积定理。该定理断言，并合后新黑洞的事件视界——那条连光都无法逃脱的边界总面积绝不会小于原先两个黑洞事件视界的面积之和。针对GW250114的测算给出了一组精妙的数字：并合前，两个黑洞的事件视界总面积约24万平方公里;并合后，新生黑洞的事件视界面积高达约40万平方公里，宇宙再次毫厘不差地遵守了理论预言。
第二代黑洞“渐露真容”
若论GWTC-5最引人注目的发现，当数潜在的第二代黑洞。它们隐藏在事件GW241011和GW241110之中，分别发生在距地球约7亿光年和24亿光年的地方。
发生碰撞的黑洞的自转方向、旋转速度和质量，都隐隐透露出它们的身世：它们很可能并非由单颗恒星坍缩而成，而是由更古老的黑洞并合形成。第二代黑洞大多形成于极为拥挤稠密的宇宙环境，如恒星团或星系核心，那里的黑洞反复碰撞、逐级并合，才造就了这样奇异的混合体。这些第二代黑洞的质量约在10—20倍太阳质量之间，且自旋极快，直接挑战了黑洞形成与演化的主流理论，暗示着仍有错综复杂的天体物理路径等待厘清。
美国内华达大学拉斯维加斯分校天体物理学助理教授卡尔-约翰·哈斯特感慨，每一次探测到新的引力波信号，都在补充人们对宇宙的认知，这些黑洞并合事件既是窥见天体物理的窗口，也是探究和验证物理基本定律的宝贵实验室。
GWTC-5不仅是一本不断增厚的信号族谱，更是一个蕴藏丰富知识的宝库。正如加州理工学院LIGO实验室高级科学家乔纳·坎纳所言，这批数据将长久供研究者深挖——从宇宙学、恒星演化到引力理论，众多未解难题都可能在此找到线索。
法国国家科学研究中心天体粒子与宇宙学实验室研究员埃德·波特则强调，GWTC-5的发布标志着引力波天文学已从最初的突破性发现，蜕变为一门能以惊人细节探究物理定律和宇宙历史的精密科学，更多宇宙的“隐藏宝藏”正等待它一一揭示。
|
