來自遠古時空的漣漪：你好，GW151226引力波信號

雷鋒網按：本文來自知社學術圈，作者為LIGO科學合作組織成員范錫龍博士。

世界協調時間2015 年12 月26 日凌晨3 點38 分53 秒，科學家們第二次觀測到引力波——時空的漣漪。兩個別為14.2 和7.5 倍太陽質量的黑洞相互繞轉并合，其中至少有一個黑洞有自旋。最后并合生成的黑洞有20.8 倍太陽質量，具有自旋。

這次引力波信號探測所用的技術原理是“匹配濾波”。雖然技術原理非常普通，但是具體處理方法經過很多優化，整套程序是LVC開發的，實時處理數據：這次信號在到達探測器70秒后就被發現了。

2016 年6 月15 日，激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）科學合作組織與Virgo科學合作組織在圣地亞哥舉行的美國天文學會第228次會議上正式宣布，在高新LIGO 探測器的數據中確認了又一起引力波事件GW151226：世界協調時間2015 年12 月26 日凌晨3 點38 分53 秒，科學家們第二次觀測到引力波——時空的漣漪。兩個別為14.2 和7.5 倍太陽質量的黑洞相互繞轉并合，其中至少有一個黑洞有自旋。最后并合生成的黑洞有20.8 倍太陽質量，具有自旋。大約14 億年前的并合過程中大約有1 個太陽質量的物質轉化成了引力波。這次雙黑洞繞轉并合引力波信號GW151226由分別位于美國路易斯安那州列文斯頓（Livingston, Louisiana）和華盛頓州漢福德（Hanford, Washington）的一對LIGO 探測器探測到。

 雙黑洞族群的存在！

既然在天文學會上宣布，那就是意味著我們可以遵循“天文學傳統”：兩個事件就是一個族群了！所以我們終于可以說我們發現了雙黑洞的族群：）以后能用于描述族群的科學語言，例如某些物理量的分布，子族群的比例等等就可以“光明正大”的報告了。而且人多力量大啊！運用族群的信息可以更好的回答一些更深層次的問題，比如推算宇宙的狀態方程。

Gabriela González, LIGO Scientific Collaboration spokesperson, Louisiana State University

｜新的引力波發現方法

在噪聲中發現信號，可以類比在雞群中發現仙鶴。上次的引力波信號GW150914很強（信噪比24），做較少的數據處理后可以用眼睛看到。這就好像是在一群雞里面一下子看到了一個成年的仙鶴。這次的引力波信號GW151226比較弱（信噪比13），就像是在一群雞中找一下體型和雞差不多的小仙鶴，后果就是光看個頭是不行了, 所以最先發現GW150914的那套技術這次就沒有發現這個信號。對于這種弱信號，需要更全面的對比細節特征（類比于仔細對比從頭到腳外的細節外加生活習慣.......），所用的技術原理是“匹配濾波”。雖然技術原理非常普通，但是具體處理方法經過很多優化，整套程序是LVC開發的，實時處理數據：這次信號在到達探測器70秒后就被發現了！

｜一定是個引力波信號

雖然信號比較弱，這次信號致信度還是高于5 sigma。這說明雖然體型小，但是一只小仙鶴還是和其它雞有顯著的不同。其實是不是“鶴立雞群”（高致信度），還取決于有多少雞，這些雞偽裝的好不好，并且其他的鶴是不是配合！你看下圖如果僅僅把第一次GW150914作為信號去掉，置信度就比把所有的“鶴候選體”（search results）去掉要低了那么一點點了吧？

Fulvio Ricci, Virgo spokesperson, INFN & Sapienza University of Rome

｜更精準的測量與更多信息

這次觀測到的GW151226信號持續時間（～1s）比GW150914（～0.2s）長，觀測到GW151226頻率從35赫茲增加到450赫茲，而GW150914是從35赫茲增加到250赫茲。 這就意味著GW151226的頻率或者相互繞轉軌道周期變化更慢，觀測到的雙星繞轉圈數更多，因此軌道周期變化測量的更準，這樣我們就可以更好的估算“chirp”質量。另外，單個黑洞自旋平行于雙星繞轉軌道方向的分量影響雙星繞轉周期變化速率：雙黑洞總自旋平行（反平行）于軌道繞旋方向的分量會減緩（增快）周期變化。我們這次確信雙黑洞中至少有一個黑洞有自旋！自旋垂直于軌道繞旋方向的分量會改變軌道平面（所謂的進動）。但是GW151226信號比較弱，看不出有沒有軌道平面角度變化等細節，最后的并合過程觀測的也不清楚，所以，雙黑洞質量比，更多雙黑洞自旋細節就都沒有得到很好的限制。

David Reitze, Executive Director of LIGO, Caltech

｜ 為什么雙黑洞自旋很重要？

從天文學的角度說，雙黑洞的自旋方向提供了一個很好區分雙黑洞形成機制的信息。目前科學家認為雙黑洞形成有兩種基本的渠道：孤立的雙星演化和動力學捕捉。動力學捕捉的情況下，雙黑洞各自的自旋的方向就不一定和繞轉軌道的方向有什么關系。而孤立雙星演化生成的雙黑洞一般來說各自的自旋方向和軌道繞轉方向相同或者相反。當然，對于一些立志要在理論物理方向有所突破的有志青年們來說，我們期望看到超過現有理論限制的黑洞自旋的上限（黑洞轉的太快也會把自己轉散的?。??？上覀冞€得再等等。順便說一句，這次還是沒有發現任何與愛因斯坦廣義相對論預言偏離的證據。

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