天文學家發現了「黑金」——黑洞合併的寶庫。這項發現是透過分析時空結構中的漣漪（稱為重力波）而得出的。
週二（5 月 26 日）發布的重力波瞬態目錄 5.0（GWTC-5）中包含的大量合併可能會改變我們對黑洞如何相遇和碰撞的理解。最新目錄包含161個新產品 重力波 標誌性重力波探測器「聽到」合併黑洞發出的訊號 利貢 （雷射干涉重力波天文台）、Virgo 和 KAGRA（神岡重力波探測器）於 2024 年 4 月至 2025 年 1 月底期間進行。
它帶來了總數 黑洞 透過高達 390 的引力波檢測到的合併。
GWTC-5 的亮點包括探測“第二代合併”，即先前合併中形成的兩個黑洞之間的碰撞，以及有史以來定位最精確的合併。前者可能幫助我們更好地理解合併鏈，使黑洞的質量增長到太陽質量的數百萬甚至數十億倍，而後者可能有助於開發一種利用此類事件及其重力波訊號來測量宇宙膨脹速度的方法。
引力研究所研究員丹尼爾威廉斯表示：“這次重大更新再次擴大和加深了我們對宇宙的了解，讓我們更多地了解最難以捉摸的物體：碰撞黑洞。” 陳述。 「現在我們檢測到如此多的訊號，我們不僅僅是在了解個體碰撞；這在天文學上相當於發現了一個古代文明。
「今天的新結果就像發現了一個以前未被發現的寶藏，不僅揭示了個人的生活，而且揭示了整個失落世界的結構。”
什麼是重力波？
重力波於 1915 年首次提出，作為 阿爾伯特愛因斯坦萬有引力理論，稱為 廣義相對論。廣義相對論表明，具有質量的物體會導致時空扭曲（空間和時間的四維合併）。 重力 正是由於這種扭曲而產生的，這意味著質量越大，時空曲率就越大，引力影響就越強。
廣義相對論超越了這一點，也顯示當物體在時空中加速時，它們會產生以光速向外輻射的漣漪：重力波。儘管愛因斯坦首先預測了時空的這種漣漪，但他對重力波的一個面向是錯誤的：他認為人類永遠無法探測到它們。
LIGO於2015年首次探測到重力波；該訊號來自距離約13億光年的兩個大質量黑洞的碰撞和合併。從那時起，LIGO 與其他 Virgo 和 KAGRA 探測器一起，檢測到了黑洞對、超密中子星對之間的多次合併，甚至是黑洞與中子星之間的混合合併所產生的引力波。
重力波探測器的靈敏度近年來才有所提高，目前在下降期之間的觀測階段每週進行三到四次探測，這使得靈敏度進一步提高。
威廉斯說：“就在十年前，我們首次探測到了其中一個事件產生的引力波，我們現在正在探測和分析數百個引力波，這真正證明了世界各地數百名科學家的工作。”
重力波的發現引起了一些關注
GWTC-5 資料重要性的兩個令人印象深刻的證明是分別於 2024 年 10 月 11 日和 2024 年 11 月 11 日檢測到的訊號 GW241011 和 GW241110。它們是7億光年外和24億光年外兩次合併的結果，所涉及黑洞的快速旋轉和旋轉的方向意味著這四個黑洞是第二代天體，這意味著它們是由先前的合併創建的。
重力研究所的斯托姆·科洛姆斯在一份聲明中表示：「這兩項觀測結果表明，每對黑洞中最大的黑洞並不是直接由大質量恆星形成，而是由兩個黑洞先前合併而成。」「先前合併形成的黑洞特徵在整個群體中持續存在，這表明 GW241011 和 GW241110 不是同一類型，而是存在於其他類型，但現在
這表明這兩次合併發生在密集的恆星環境中，這將很難調查，因為很難在其起源點定位重力波訊號。正如 2024 年 6 月 15 日檢測到的訊號 GW240615 所證明的那樣，情況並非總是如此。
這是一個 26 個太陽質量的黑洞與一個距離超過 30 億光年的 30 個太陽質量的黑洞合併的結果，重力波天文學家能夠在天空中一個大小僅為 6 平方度的區域中精確定位 GW240615。這使得 GW240615 成為迄今為止最局域化的重力波訊號。
「更新後的 GWTC-5.0 目錄為我們提供了更多的引力波訊號，有助於回答宇宙學中最大的問題之一：宇宙膨脹的速度有多快？」重力研究所的亞歷克斯·帕帕佐普洛斯在聲明中說道。 「這種膨脹的速度由一個稱為哈伯常數的值來描述。重力波使我們能夠透過直接從訊號本身或透過識別發生合併的星系來估計合併物體的距離來測量這一速度。
“每個事件都會提供少量信息，因此這些附加信號結合起來可以顯著改善我們的結果。這些改進共同幫助我們比以前使用引力波更精確地測量哈伯常數，使我們更接近理解現代物理學中最重要的開放問題之一。”
在這份最新的星表中還可以辨別出2025年1月14日檢測到的引力波訊號GW250114。這被認為是一個34個太陽質量的黑洞與一個距離約10億光年的32個太陽質量的黑洞碰撞合併的結果。這個訊號非常清晰，除了證實了史蒂芬·霍金提出的黑洞面積定理概念之外，它還使研究人員能夠對廣義相對論進行有史以來最準確的測試。
「透過GW250114的聲音，我們能夠比較黑洞合併前後扭曲的時空，發現事件視界（捕捉黑洞光線的外邊界）的總面積按照霍金黑洞力學定律增長，」約翰·維奇大學的約翰·維奇在一份聲明中說。 「合併後，最終的黑洞像鐘聲一樣響起，發出重力波而不是聲音。這些波的分析證實，雖然在合併過程中以重力波的形式釋放了能量，但黑洞的總熵按照熱力學第二定律增加。
「這表明，即使對於黑洞，熱力學定律仍然適用，但與普通物體不同，它們持有的能量越多，它們就會變得越冷。”
LIGO、Virgo 和 KAGRA 很可能會繼續發現重力波，從而重新定義我們對宇宙及其最劇烈事件的理解。這些探測器將於今年稍後開始為期六個月的中期觀測（IR1）。這將彌補觀察 4 的結束（於 2025 年 11 月 18 日結束）和觀察 5 的開始（將於 2028 年至 2031 年之間運行）之間的差距。
引力波的未來是光明的－還是應該「響亮」？
