4.引力波探测

1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，预言存在引力波——时空结构中的涟漪（图7-11）。但是引力波极其微弱，需要精度极高的探测器才能发现。2015年9月14日，激光干涉引力波天文台（LIGO）有史以来第一次探测到引力波事件GW150914，人类对宇宙的探索由此进入了一个新纪元。该引力波事件发生点距离地球13亿光年，两个分别为36倍和29倍太阳质量的黑洞，合并为一个62倍太阳质量的黑洞。大约3倍太阳质量的物质在1秒内转化成引力波，其峰值功率是整个可见宇宙总功率的50倍。

图7-11 双黑洞的引力波

根据广义相对论，一对黑洞在相互绕转过程中会通过引力波辐射而损失能量，逐渐靠近。这一过程可持续数十亿年，并在最后几分钟里面急剧演化。在最后一秒内，两个黑洞几乎是以光速的一半碰撞在一起，形成了一个质量更大的黑洞。根据爱因斯坦质能方程，这个过程中的一部分质量转化为能量，这些能量在最后时刻以引力波超强爆发的形式辐射出去。LIGO观测到的引力波信号就源于这样的过程。2015年12月26日，LIGO 探测器确认了第二起引力波事件GW151226。2017年1月4日，LIGO 探测器发现了第三起引力波事件GW170104，这两起事件均由黑洞合并引发。近几年，引力波探测器发现了更多的黑洞合并事件。