面对引力波，人类需要“兼听则明”( 三 ) _信息快讯

最终两个黑洞合并成一个更大的黑洞，一切终归平静。观测结果符合理论预期，这次是真的！
通过进一步分析数据，科学家们还能还原出更多细节。大约12亿年前，地球上的微生物才刚刚开始光合作用，宇宙深处有两个黑洞就已经准备好了最后的狂欢。每个黑洞的质量都是整个太阳系的30倍左右，但那么多物质却挤在和北京市差不多大小的区域里。
这两个黑洞先以接近光的速度绕转了几圈，每一圈都比上一圈转得更快，绕转频率从几十赫兹升高到几百赫兹，最后融合成一体。整个过程持续了不到0.15秒。在这样短的时间内，有相当于3个太阳质量的能量以引力波的形式被释放出来，其功率相当于宇宙中所有星系的发光功率的总和。
如此强悍的引力波经过12亿年的旅行，来到地球后只够微微拨动LIGO探测器的激光干涉臂，让其中的光子多走（或者少走）了一个原子核大小的距离。但就是这一个原子核大小的抖动，让我们清晰地“听”到了宇宙深处两个黑洞的一记绝响。
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大黑洞之谜
到目前为止， LIGO和Virgo已经发现了90多例引力波事件，其中绝大多数是黑洞合并[2] 。找到那么多“双黑洞” ，其实是在天文学家意料之中的，这也是地面引力波探测器建造的初衷。但是有一个结果一直令人疑惑：这些黑洞比天文学家先前预料的要大，而且大很多。
在发现引力波以前，天文学家就通过传统的电磁波观测手段，在一类叫做“X射线双星”的天体中找到过二十来个黑洞，它们的质量一般是太阳的10倍左右，最重也不过是太阳的20倍。按照当时的理解，这些黑洞是大质量恒星“死亡”后剩下的遗骸。根据预测，地面引力波探测器找到的也应该是这种黑洞。
但是事实出乎大多数天文学家意料。通过引力波找到的黑洞大多比太阳重20倍以上，有的在合并前就已经达到了太阳的90倍。这样大的黑洞前所未见！

文章插图

LIGO/Virgo探测到的黑洞（蓝色）大都超过了20倍太阳质量，有的甚至在合并前就已经达到了30到100倍太阳质量。这比天文学家熟知的X射线双星中的黑洞（红色）大了很多倍。图片来源：LIGO-Virgo Collaboration/美国西北大学Aaron Geller
这些大家伙还是恒星的残骸吗？它们是不是以往的合并造出来的二代或者三代黑洞？它们会不会是通过猛吃周围的物质长到现在大小的？它们是不是形成在宇宙极早期、密度非常高的时候？都有可能，但每一种可能性在解决了一部分问题的同时，又会制造出新的麻烦。这样的困境并不令人气馁，反而让人兴奋，因为随之而来的往往是新发现。
07
解密引力波的讯息
我们是不是真正听懂了引力波带来的讯息？毕竟现在我们能测量的只是波的频率和振幅，而不是黑洞质量。是什么原理让我们能从引力波信号推测出黑洞质量呢？
以啁啾信号为例，黑洞质量可以决定音调的高低（频率的大小）以及音调变化的快慢（频率变化的速度）。越重的黑洞在合并的最后阶段音调越低沉，音调升高地也非常迅速。就是运用这个原理，我们可以给黑洞称重量。通俗的说，探测大黑洞就像听大提琴演奏《野蜂飞舞》（用低沉的音调演绎节奏快的歌曲），探测小黑洞就像听小提琴弹奏《卡农》。

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