引力波是時空中「漣漪」，是由宇宙中某些最劇烈和充滿活力的過程引起的波紋。在1916年，愛因斯坦（AlbertEinstein）在其相對論的一般理論中預言了引力波的存在。愛因斯坦的數學計算表明，巨大的加速物體（例如中子星或彼此繞軌道運行的黑洞）會破壞時空，從而使時空起伏的「漣漪」向遠離源的所有方向傳播。這些宇宙波將以光速傳播，並攜帶有關其起源的信息以及有關引力本身性質的線索。
最強的引力波由災難性事件產生，例如黑洞碰撞，超新星（大質量恆星在其壽命盡頭爆炸）和中子星碰撞。預計其他波是由不是完美球體的中子星的旋轉引起的，甚至可能是由大爆炸所產生的引力輻射的殘餘引起的。
下面的動畫說明了兩個中子星相互繞行並聚結時如何發射引力波。請注意，引力波本身是不可見的。在此處使它們可見，目的是形象說明它們從源頭傳播出去。
儘管愛因斯坦在1916年預測了引力波的存在，但直到愛因斯坦去世20年後的1974年，才出現了引力波的第一個證據。那年，兩名在波多黎分別使用阿雷西博天無線電臺的天文學家發現了一個雙星脈衝星，該雙星脈衝星輻射發出的波，正是廣義相對論預測的這種系統應該輻射出的引力波。知道這一發現與愛因斯坦的大膽預測相吻合之後，天文學家開始測量恆星的軌道如何隨時間變化。經過八年的觀察，他們確定，如果恆星發出引力波，它們正以廣義相對論所預測的速率精確地彼此靠近。
從那時起，許多天文學家開始對脈衝星的輻射的無線電研究（脈衝星是發射無線電波束的中子星），並發現了類似的作用，從而進一步證實了引力波的存在。但是這些確認總是間接地或數學地而不是通過直接接觸來證實引力波的存在。
所有這些都在2015年9月14日發生了變化，當時雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）物理感應到時空的波紋，該波紋由兩個相距13億光年的碰撞黑洞產生的引力波引起。雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）發現引力波成為人類最偉大的科學成就之一，載入史冊。
儘管產生引力波的過程可能非常劇烈且具有破壞性，但當波到達地球時，它們的體積要小數千億倍！實際上，當雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）首次探測到引力波到達我們地球時，它們所產生的時空擺動量比原子核小1000倍！ 雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）旨在進行如此難以想像的微小測量。
為什麼要檢測引力波？
從歷史上看，科學家幾乎完全依靠電磁（EM）輻射（可見光、X射線、無線電波，微波等）來研究宇宙。一些人也試圖使用被稱為中微子的亞原子粒子來研究宇宙。這些信息的「信使」中的每一個都為科學家提供了對宇宙的不同但互補的看法。
然而，引力波與電磁輻射完全無關。它們與光的區別類似於人類聽力與視覺的區別一樣。我們可以把人類想像成只有眼睛而沒有耳朵的物種。通過研究物體的光線，您可以了解很多關於周圍世界的知識。然後有一天，某人發明了一種他們稱之為耳朵的東西。該設備可感應到您以前不知道的空氣或水中的振動。這隻耳朵打開了一個全新的觀察領域，這些是通過對電磁輻射研究無法獲得的東西！雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）是一種能夠在時空「媒介」中檢測振動的天線，類似於人耳，可以檢測空氣或水等介質中的振動。
雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）通過這種方式在宇宙上打開了一個新的「窗口」。碰撞的黑洞之類的東西對於電磁天文學家完全看不見。對雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）而言，此類事件是浩瀚宇宙海中的信標。
更重要的是，由於引力波與物質的相互作用非常弱（與電磁輻射不同，電磁輻射可以被吸收，反射，折射或彎曲），因此引力波幾乎不受阻礙地穿過宇宙，從而使我們對引力波宇宙有了清晰的認識。這些波攜帶了有關其起源的信息，這些信息不包含電磁輻射穿越星際空間時所遭受的扭曲或變化。
雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）探測到的引力波是由宇宙中一些最活躍的事件引起——黑洞碰撞，中子星合併，超新星，甚至可能是宇宙本身的誕生。對引力波攜帶的信息進行檢測和分析，使我們能夠以前所未有的方式觀察宇宙，從而為天文學家和其他科學家提供了前所未有宇宙奇觀信息。雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）揭開了關於宇宙的神秘面紗，並在物理，天文學和天體物理學領域引發了令人興奮的新研究。
引力波的來源和類型
每個加速的大質量物體都會產生引力波。這包括人，汽車，飛機等，但是地球上物體的質量和加速度太小，以至於無法使引力波大到足以用我們的儀器檢測到。為了找到足夠大的引力波，我們必須將目光移到太陽系之外。
事實證明，宇宙中充滿了難以置信的巨大物體，這些物體會經歷快速加速，其本質上會產生引力波，而我們實際上可以檢測到這些引力波。諸如黑洞間碰撞和中子星間碰撞或成對的大質量恆星在其生命的盡頭形成的爆炸，這些劇烈天文事件都會產生引力波。雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）的科學家根據產生它們的方式將引力波定義為四類：連續波，緻密雙星吸氣波和突發波。每個類別的物體都會產生一組獨特或特徵性的信號，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）的幹涉儀可以感知這些信號，研究人員可以在LIGO的數據中尋找它們。
連續引力波
連續引力波被認為是由單個旋轉的大質量物體（如中子星）產生的。這顆恆星的球形上的任何凹凸或不完美都會在旋轉時產生引力波。 如果恆星的自旋速率保持恆定，那麼它發出的引力波也將保持恆定。也就是說，引力波的頻率和振幅是連續相同。這就是為什麼這些被稱為「連續引力波」的原因。
研究人員已經創建了模擬，模擬了將檢測到的雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）信號轉換為聲音，從而實現用聲音記錄不同的連續引力波。
緊湊型雙星系統引力波
雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）正在尋找的下一類引力波是緊湊型雙星系統引力波。到目前為止，LIGO已檢測到的所有物體均屬於此類。緊湊型雙星系統引力波是由成對的大質量和密集（「緊湊」）物體（如白矮星、黑洞和中子星）繞行而產生的。在這種引力波發生器類別中，有「緊湊雙星」系統的三個子類：
雙中子星（BNS）雙黑洞（BBH）中子星-黑洞（NSBH）每個雙系統對應創建一個獨特的引力波模式，但是在所有三個對中，波的產生機理是相同的。
吸氣發生於數百萬年，因為成對的密集緊湊物體彼此圍繞旋轉。當它們繞軌道運行時，它們發出引力波，這些引力波帶走了系統的一些軌道能量。結果，在無數個世紀中，物體繞在一起的軌道越來越近。不幸的是，靠近它們會使它們彼此更快地繞軌道運行，使它們發出更強的引力波，從而使它們失去更多的軌道能量，越來越近，移動得更快，失去更多的能量，彼此越靠近，繞得更快……等等，這些物體註定要被不可避免地鎖定在一個失控的加速螺旋形懷抱中。
這種加速的旋轉過程類似於旋轉的花樣滑冰運動員。想像一下，運動員伸出的拳頭是中子星或黑洞，而運動員的身體如引力將它們束縛在一起。當旋轉的運動員將拳頭拉向身體時（即，當物體繞軌道越來越近時），它們旋轉得越來越快。但是，與溜冰運動員不同，成對的中子星或黑洞無法阻止其旋轉。發射引力波並越來越近地繞軌道運行的過程，引發了一系列不可阻擋的事件，這些事件只能在兩個物體碰撞時結束。
雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）的儀器旨在檢測引力波在指定範圍內的頻率，就像人耳對一定範圍的聲音頻率敏感一樣。這意味著雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）無法檢測到超出此頻率範圍（太低或太高）的軌道運動。但是，隨著軌道上的物體靠近在一起，它們繞軌道運行的速度越來越快，這意味著最終，這些物體將開始彼此足夠快地繞軌道運行，以使它們發出的引力波落在我們的探測敏感範圍內。但是，它們在該頻率範圍內繞行的時間通常非常短。
所涉及的物體的質量決定了它們發射可檢測到的引力波的時間。質量大的物體（如黑洞）比「較輕的」物體（如中子星）更快地移動到其最終的吸氣階段。這意味著，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）中的黑洞合併信號比中子星合併信號要短得多，而且差異非常明顯。例如，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）檢測到的第一對合併的黑洞產生的信號只有十分之一秒的時間。相比之下，2017年8月，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）發現的第一次中子星合併，引力波在我們的儀器中產生了超過100秒長的信號。
雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）可以將其時空失真信號轉換成可聽見的聲音，稱為「 chi」，因此我們可以在某種意義上「聽到」兩個黑洞和兩個中子星生命的最後時刻發出的「聲音」。這些物體已經相互繞行了數十億年。雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）會同時捕獲該生命周期的最後一秒或幾秒鐘。
不同的合併對象系統會在在幹涉儀中顯示獨特的特徵。信號越短，意味著涉及的物體質量越大，例如黑洞。較長的信號表明質量較小的物體，例如中子星。
迄今為止，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）已發布了由10對正在合併的黑洞和兩對碰撞的中子星產生的引力波的檢測方法。自2019年4月1日以來，已經進行了數十次檢測，使雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）科學家忙於分析數據以了解這些檢測的真實性質。
雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）的巨大成功掩蓋了一個事實，那就是它的儀器必須承受來自周圍環境的壓力，以感測地球上一切事物所產生的恆定噪音，包括雷射束本身的內部波動，附近道路上的交通，天氣以及世界各地發生的地震。
突發引力波
尋找「突發引力波」就是在尋找意想不到的東西——這既是因為LIGO尚未探測到它們，而且仍然有很多未知數，到目前為止，我們真的不知道發生了什麼！例如，有時我們對系統的物理知識了解不足，無法預測來自該源的引力波將如何出現。
要搜索這些引力波，我們不能假設它們具有像連續和緊湊型雙星系統引力波一樣的明確定義的屬性。這意味著我們不能將我們的分析局限於只搜索科學家預測的引力波的特徵。
尋找突發引力波需要完全開放我們思路。對於這些類型的引力波，科學家必須弄清楚信號模式，即使這種模式以前沒有建模（我們認為信號可能是什麼樣子）。如果你不知道自己在找什麼，就很難找到它。雖然這使得搜索突發引力波變得困難，但探測它們的最大潛力是揭示有關宇宙的革命性信息。