引力波是怎么发现的啊（科普关于引力波）

▌本文来源：央视新闻、 中国国家天文

6月1日凌晨，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）科学家又一次正式宣布探测到了引力波信号。与前两次的新闻发布会相比，这次的发布会直接简化为电话会议。这或许意味着探测到的引力波信号将越来越多。

△产生GW170104引力波的双黑洞并合艺术画。图片来自LIGO官网

科学家第三次探测到引力波

此次探测到引力波的时间是2017年1月4日，故编号为GW170104。而与前两次的引力波相似，这次的引力波信号也是来自于黑洞的合并。合后的黑洞质量约为太阳质量的49倍，介于前两次探测到的黑洞质量之间（前两次并合黑洞质量分别为太阳质量的62倍和21倍），进一步证实了大于20个太阳质量的恒星黑洞的存在。但相比前两次，此次探测到的黑洞距离地球更远，大约30亿光年，而前两次分别为13亿光年和14亿光年。

△三次引力波事件中，位置及黑洞合并与质量示意图

所有引力波都来自黑洞合并？

并非所有人类能够探测到的引力波都来自没有任何其它辐射的黑洞合并。双中子星合并、中子星与黑洞合并，以及超新星爆发等等，都会在产生引力波的同时产生电磁辐射。

LIGO实验室负责人、加州理工学院教授戴维·莱兹称，第三次探测到黑洞并合造成的引力波，表明LIGO已成为一个用于揭示宇宙秘密的强大工具。他表示，除探测黑洞并合事件外，科学家们还希望通过LIGO尽快观测到其他类型的天体物理事件，例如两个中子星的暴力碰撞。

△天文学家推测这次事件依然来自于两个恒星级黑洞的合并，分别约为31.2和19.4个太阳质量，并合后形成总质量约为48.7个太阳质量的黑洞，释放出相当于2个太阳的能量，并以引力波的方式向外辐射

再次验证了爱因斯坦的广义相对论

LIGO第三次探测到引力波，再次验证了爱因斯坦的广义相对论。同时，新的探测结果也提供了关于黑洞旋转方向的线索。在双黑洞系统中，两个黑洞在彼此环绕的同时，也会自旋：可能会与轨道运动方向一致旋转，此种情况被称为对齐自旋；也可能与轨道运动方向相反旋转；甚至会倾斜远离轨道平面。此次LIGO的新数据虽然不能确定探测到的双黑洞是否倾斜，但暗示至少有一个黑洞可能已经处于不对齐自旋状态。

△三次引力波事件和一次疑似引力波事件在天球上的分布。最上面的紫红色是第三次发现

引力波研究热潮来临

目前，美国和欧洲的引力波天文台正主导着引力波的观测工作，随着LIGO探测的推进，中国的引力波研究也随之进入了一股前所未有的热潮。在理论研究的同时，中国也在积极推动直接探测引力波的望远镜项目。

目前，太极计划和天琴计划这两个空间项目正各自推进，将于地面探测原初引力波的阿里计划已通过立项，并开始建设。此外，中国还准备利用刚刚建好的500米射电望远镜（FAST）和正在建设的平方公里阵（SKA），以脉冲星计时阵的方式探测引力波。

专家解读：

天体物理学博士苟利军表示：这次探测到引力波信号GW170104最为重要的一点，就是发现黑洞自转的方向和其公转轨道不平行，即有一定夹角。在这之前，如果按照原生双星理论，两颗星形成于同一星云，所形成的黑洞自转方向和轨道旋转方向是一致的，也就是平行的。但是本次通过引力波波形的变化，测量发现黑洞的自转与公转方向并不一致，而是有一定的倾角，这就意味着这个双黑洞的形成有可能并不是孪生的，而是在茫茫宇宙中的一次偶遇。

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什么是引力波？

爱因斯坦的广义相对论（GR）是关于引力场中物质运动的规律描述，而引力场是控制宇宙万物的四个基本相互作用之一， 有物质就产生引力场。 诸如，地球上的苹果为什么下落？为什么月球围绕地球、地球围绕太阳运动？ 这些就是万有引力现象的案例。

牛顿引力定律只是低速度描述引力场的近似，而爱因斯坦给出更加完美的普适方程，并获得大量实验验证支持；牛顿引力理论无法给出引力波的概念，因为其方程不能提供辐射的解。GR的引力场方程可以获得如同电磁场一样的传播解，其时空波动的传播速度是光速，依此爱因斯坦预言了引力波的存在。

简单的说，电磁波是电磁能量的空间传播，而引力波是时空引力能量的传播。 不同于电磁波，引力波是物质能量剧烈加速变化引起时空形变的传播；电磁波的源泉则是电场和磁场的震荡传播。但是两者的传播速度是一样的，都是光速， 即每秒30万公里（比较地球月球距离38万公里）。此外，引力波的震荡模式（偏振）与电磁波稍有不同。