每200秒就有一對黑洞合併，引力波觀測可以更遠80億光年

2020-09-07 博科園

先進的LIGO和室女座引力波探測器記錄了35顆合併黑洞和中子星的數據。這是一個很棒的結果，但是這期間錯過了什麼呢？根據澳大利亞莫納什大學引力波發現ARC卓越中心羅裡·史密斯博士所說：很可能還有200萬次來自合併黑洞的引力波事件，平均每200秒有一對合併黑洞，每15秒就有一對合併的中子星，然而科學家並沒有發現這些事件，觀測到的還只是冰山一角。

史密斯博士和莫納什大學同事們已經開發出一種方法，可以探測到這些迄今為止沒有被注意到的微弱或「背景」事件的存在，而不必逐個探測每個事件。該方法目前正由LIGO引力波天文臺進行測試，這意味著可能能夠觀測到比目前觀察到更遠80億光年的地方。這將讓天文學家對早期宇宙的面貌有一個大概了解，同時也能洞察宇宙的演化過程，其研究發表在《皇家天文學會月刊》上。

研究介紹了研究人員將如何測量數百萬個未解決黑洞合併產生的引力波背景性質。雙星黑洞合併以引力波的形式釋放出巨大能量，現在正在被先進的LIGO-Virgo探測器網絡例行探測到。根據來自OzGrav-Monash合著者Eric Thrane的說法：這些由單獨雙星合併產生的引力波「攜帶著關於宇宙中最極端環境中時空和核物質的信息。對引力波的單獨觀測追蹤了恆星、星團和星系的演化。

圖示：漫遊宇宙的引力波背景嗡嗡聲藝術印象概念圖，圖片：卡爾·諾克斯，奧茲格拉夫/斯溫本理工大學

通過將許多合併事件信息拼湊在一起，科學家可以開始了解恆星生存和演化的環境，以及是什麼導致了它們最終成為黑洞的命運。看到這些合併產生的引力波越遠，宇宙形成的時間就越年輕，可以追溯整個宇宙時間的演化，追溯到宇宙只有當前年齡的一小部分的時候。研究人員測量了雙星黑洞合併的群體屬性，例如黑洞質量的分布。絕大多數小型雙星合併產生的引力波太弱，無法產生明確的探測，所以天文臺目前錯過了大量的信息。

此外，關於黑洞數量的推論可能容易受到『選擇偏差』影響，因為我們只看到了少數幾個噪聲最大、距離最近的系統。選擇偏差意味著我們可能只得到了黑洞的快照，而不是全貌。史密斯和斯蘭開發的分析正在使用來自LIGO-Virgo探測器的真實世界觀測進行測試，預計該項目將在幾年內全面投入使用。

博科園｜研究/來自：澳大利亞研究委員會引力波發現卓越中心

研究發表期刊《皇家天文學會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1642

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