另一方面,两个相互围绕旋转、最终合并在一起的恒星级双黑洞系统到底是如何产生的?它们究竟是先由燃烧殆尽的恒星发生爆发而形成黑洞,之后在引力的作用下相互靠近,还是原本两个相互围绕旋转的恒星逐渐燃尽而成为黑洞,双星系统转变为双黑洞系统?天文学家们也希望在积攒了足够多的黑洞合并引力波信号之后,通过判断它们此前的自旋状况对此做出判断 。
从人类第一次探测到引力波信号算起,引力波天文学时代刚刚开启了3年时间,一切都刚刚开始 。也正是如此,人们才对它充满希望 。天文学家希望通过引力波来了解宇宙从诞生到现在的发展 历史 ,了解星系形成、合并和发展的过程,了解宇宙膨胀的整个原因和过程,并绘制出整个宇宙的黑洞地图 。
不仅如此,天文学家们还希望通过引力波预测整个宇宙的未来、探明暗能量的本质,由此了解宇宙是否会永远加速膨胀 。
想要实现这些远大目标,人类现有的引力波探测手段还远远不够 。除了位于美国的两个LIGO引力波探测器之外,欧洲六国合作建造的VIRGO引力波探测器也已经成为人类进行引力波探测的重要装置 。科学家们目前正在加强LIGO和VIRGO探测器的灵敏度 。日本也正在地下建设臂长3公里的神冈引力波探测器(KAGRA),这个探测器在位置上可以与LIGO和VIRGO形成互补 。越来越多的引力波探测装置将逐渐在地球上形成一个引力波探测网络,但最被人们寄予厚望的,当属欧洲空间局(ESA)正在建造的激光干涉空间天线(LISA) 。LISA计划将在21世纪30年代开始工作,在太空中以远超地球引力波探测装置的尺度探测另一个领域的引力波信号 。
在地球上的引力波探测器,因为受到其尺度和周围噪声的限制,适合探测高频范围(10赫兹到1000赫兹)的引力波信号,无法探测更低频率范围的引力波信号 。而将在太空中工作的LISA将探测0.00002赫兹至0.1赫兹之间的低频引力波信号 。在太空中,三个彼此相距250万公里的探测器形成一个三角形,之间通过激光进行联系,相互合作进行低频引力波探测 。
在这个频率范围内,人类将有可能观测到远超恒星级黑洞的巨型黑洞合并过程 。例如我们知道在很多星系的中心都有一个质量相当于数十亿个恒星的超巨型黑洞,如果两个星系彼此进行碰撞合并,这样规模的两个超巨型黑洞在合并过程中就将发出低频引力波信号,而这样的信号从本世纪30年代开始就有可能被LISA探测到 。观测到超巨型黑洞的合并过程,人们必将更清晰地理解整个宇宙的进化 历史 ,以及星系的发展史——考虑到宇宙中数以千亿计的星系数量,有天文学家预测,在LISA开始工作之后,或许每年都能探测到几次这样惊人的星系合并过程 。
正是因为LISA探测器具有超高灵敏度,人们可以想象,当它开始工作后,会立刻发现看似安静的宇宙中实际上充满了各种各样嘈杂的噪声,热闹非凡 。LISA将会“听到”宇宙中各种天体无休无止发出的各类引力波信号,其中会有很多是来自宇宙悠远的过去,甚至是发自宇宙的开端 。整个宇宙的发展史将以引力波的方式向人类展示出来 。
正是因为其造价昂贵而且意义重大,欧洲空间局首先在2015年发射了激光干涉空间天线“开路者号”(LISA Pathfinder),用以测试这个想法的可行性 。在地球轨道上,两个质量为2公斤的方块在没有重力影响的条件下彼此相距38厘米,通过激光相互联系 。经过一年多的测试,结果显示这种实验方式的可靠性超出了人们的预期 。如无意外,LISA将在2034年升空,届时人类将开启引力波天文学的又一个全新时代 。
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