二度偵測到重力波　開啟天文觀測新時代

這與2月份發表歷史上首次的重力波觀測非常相似，第二次是發生在十億多年前，為兩個黑洞合而為一的劇烈過程中所留下的痕跡；該「致命吸引力」在宇宙中形成漣漪般的震波，當震波通過地球時，天文學家便記錄了下來。

宇宙中最劇烈的天文事件，例如黑洞合併以及緻密中子星的碰撞，都會造成重力波。這提供科學家一個觀察宇宙的全新方法，讓科學家有機會可以測量及研究任何波長的光線都看不見的事物。

這次觀測意謂第一次由雷射干涉儀重力波天文台LIGO（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory）觀測到的重力波，並不是僥倖而已，未來有可能偵測到數百次，甚至數千次的重力波。

資助LIGO的美國國家科學基金會（National Science Foundation），其主席為天文物理學家法蘭斯·科爾多瓦（France Córdova），他表示「如果你只是偵測到單次重大事件，雖然很酷，但有種虛幻不真實的感覺；不過當你偵測到了第二次，你才會知道那是真的觀測到了，這表示我們確實有一個觀看宇宙的全新方法。」

愛因斯坦在1916年預測重力波的存在，但後世直到2015年9月14日才首度偵測到重力波，這才結束了近百年來物理學家搜尋不到重力波的挫折。

雖然愛因斯坦後來對重力波的存在抱持疑慮，他的廣義相對論卻需要重力波來解釋。之後，1970年代脈衝星觀測提供一些間接的證據，顯示重力波應該存在，這讓參與其中的科學家於1993年獲得諾貝爾物理獎。

LIGO第一次的偵測包含兩個質量皆超過太陽30倍的巨大黑洞，但第二次的訊號來自一組較小的黑洞，其中之一的質量大約是太陽的14倍，而另一個大約7.5倍。

當這些黑洞彼此互繞且合併後，形成一個質量大約是太陽21倍的新黑洞，並且釋放出相當於太陽在100億年生命週期中所能產生能量的總和。

這些碰撞產生的「回音」在太空中迴蕩了14億年，於2015年12月26日通過地球。

透過架設相距數公里的雷射及反射鏡，兩座分別位於美國路易斯安納和華盛頓的L型偵測站得以測到微小震波，這個震波會把地球拉長，不過拉長的長度不到質子直徑的萬分之一（質子是構成原子的一種基本粒子）。

大約70秒後，正在與家人團聚的賓州大學物理學家查德·漢納（Chad Hanna）接到電話。

負責LIGO團隊分析黑洞合併資料的漢納說：「這太瘋狂了，我從椅子上跳起來，意識到事情大條了，拿起我的筆電和電話就往樓上跑。」他補充說「我家人很關心。」

漢納以及超過一千位科學家和工程師當時仍然在努力證實2015年9月的偵測，結果他們在同年冬季花上雙倍時間，同時進行這兩次偵測的分析。最後，科學家們釐清12月那起相對較小的事件，將研究結果發表於6月的《物理評論通訊（Physical Review Letters）》。

在公佈第一次偵測的分析前就偵測到第二次的重力波，讓LIGO團隊的科學家更有信心發布2月的結果，這個結果是數十年來最重要的物理發現之一。

麻省理工學院LIGO實驗室主任戴維斯·舒梅克（David Shoemaker）說「這有點像是在捉弄我們。」他也主持了該天文台近期多項升級計畫。「我們感到放心許多，因為知道這太空葫蘆裡究竟在賣什麼藥。」

發布結果前，對於重力波天文學的預測從未如此明朗而顯著。

研究人員指出目前LIGO的運作靈敏度僅為原本設計的三分之一；如果依照計畫升級，就能在2019年前多掃描宇宙27次，保證能偵測到更多的重力波事件。

偵測重力波一事很快就會蔓延到地球上其他角落：上個月美國國家科學基金會與印度簽訂一份協議，可能最快會在2023年將類似LIGO的天文台帶到印度；日本的研究人員也正在興建一座地下的重力波偵測器，或許最快會在2018年啟用。

目前暫緩啟用的義大利重力波天文台- VIRGO，將會協助研究人員對天空作三角測量，找出重力波的位置，讓天文學家可以用光學望遠鏡觀測。科爾多瓦以「聖杯」來描述這樣的合作團隊。

美國國家無線電天文台的天文學家史考特·蘭塞姆（Scott Ransom）說：「重力波天文學的時代將由我們來開拓，這真的令人非常興奮。」

撰文：Michael Greshko

編譯：李昫岱