三个引力波探测器比两个好得多

大约 17.6 亿年前（大概），两个旋转的黑洞相互碰撞，产生了一个比太阳重 53 倍的新物体。在此过程中，它们在时空结构中形成了涟漪。这些引力波以光速从此次事件的发生地（编号为 GW170814）传播出去，于 8 月 14 日抵达地球。当它们经过我们时，两个 LIGO 探测器和意大利的 Virgo 天文台（首次）都捕捉到了信号。

LIGO，即激光干涉引力波天文台，由两台探测器组成，分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德。去年，LIGO 宣布首次探测到引力波，这一重大突破证实了阿尔伯特·爱因斯坦的预言。在他的广义相对论中，他将时空描述为一种物理实体，其形状可能会被黑洞等巨大物体改变。当这些物体发生能量变化时（比如两个物体相撞、一个黑洞吞噬另一个巨大物体或一颗恒星变成超新星），它们会在时空中产生涟漪，就像你把石头扔进池塘时看到的脊线一样。要了解更多关于黑洞如何形成以及广义相对论的可靠性，我们必须观察这些波，因为黑洞不发光，所以我们没有其他方法来观察它们的行为。

自首次发现以来，LIGO 已经接收到了更多的引力波信号。它接收到的信号越多，公众可能就越觉得每个公告都不那么令人兴奋。我们为什么要关心这个新公告？随着新的 Virgo 探测器加入搜寻，我们现在有三个地点正在扫描引力波，这将为每次观测增加关键细节。

第三个观测站增加了每个信号的可信度，将误报的概率降低了 10 倍。它还为科学家提供了有关波的偏振的更多信息，这是广义相对论预测的特征。如果测量结果与爱因斯坦的计算相悖，科学家可以完善该理论以使其更准确——或者完全取代它。

佐治亚理工学院教授兼 LIGO 科学合作组织副发言人 Laura Cadonati 表示：“我们基本上是在尝试看看是否能推翻广义相对论，因为这就是我们的理解发展的方式。如果各方面不一致，我们就会找到新的理论。”

最后，三个观测站可以比两个观测站更准确地确定波的来源。想想 Google 地图上将您引导到最近的咖啡店的 GPS 信号。它使用整个卫星网络来 ping 您的手机，测量每个信号到达您需要多长时间，并根据不同的到达时间计算您在地球表面的确切位置。如果 GPS 只有两颗卫星在工作，它只能指向一个大区域并说您位于其中的某个地方。您添加的卫星越多，该区域就越缩小。

对于引力波，科学家们正在执行类似的任务：根据信号到达每个探测器所需的时间，找到引发引力波事件的地区。在这种情况下，它首先到达利文斯顿，大约八毫秒后，汉福德发出一个信号，六毫秒后，最终到达意大利比萨附近的处女座。

他们最终将搜索范围缩小到 60 平方度的宇宙区域。这仍然是一个巨大的区域——月球仅占我们天空的 0.2 平方度——但它比两个探测器能够找到的区域小 10 倍。结果将发表在《物理评论快报》上，目前可在 LIGO 网站上查看。

随着更多引力波观测站投入使用，这一位置可能会继续缩小。日本目前正在开发一个名为 KAGRA 的地下探测器，而印度则计划建造一个与 LIGO 探测器完全相同的复制品。

“可能到 2020 年代，我们将有五个探测器协同运行，”卡多纳蒂说。“这就是计划。”

知道引力波事件在太空中发生的确切位置，天文学家就可以将其他类型的望远镜（探测中微子、无线电波、X 射线等的仪器）对准该区域，以查看它们所能看到的东西。虽然黑洞不会释放光，但中子星等物体（其大小相当于一座城市，质量大于我们的太阳）会发光。因此，当中子星坍缩或黑洞吞噬它时，这一事件可以产生引力波和其他信号。

虽然这项最新研究中提到的黑洞合并并不是所谓的多信使观测的候选对象，但它表明未来可能会出现这种观测。“这一事件为多信使观测引力波、电磁波、中微子打开了大门，所有这些都来自同一个源头，”卡多纳蒂说。“这将为了解物体本身的物理特性提供线索。”

甚至在新的天文台投入使用之前，LIGO 和 Virgo 的科学家就会努力提高现有机器的灵敏度。灵敏度越高，引力波探测器就能探测到来自宇宙深处的微弱信号。每次观测，科学家都会增加一个黑洞或中子星的统计数据，为了解宇宙大质量物体的形成过程再添一块拼图。