來源：科技日報

科技日報記者 劉霞

5月26日，由美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）、意大利“室女座”引力波探測器（Virgo）和日本神岡引力波探測器（KAGRA）攜手組成的LVK合作組，在線發布了引力波瞬變目錄第五版——GWTC-5。

這份目錄收納了LVK在2024年4月10日至2025年1月底期間捕捉到的161個源自黑洞并合的新引力波信號。至此，人類已探測到的引力波信號家族壯大至390個。相關論文已分別提交給《天體物理學雜志》和《天體物理學雜志快報》。

由GWTC-5集結的這批信號，宛如圖紙般清晰的“宇宙藏寶圖”，已幫助科學家發現了一連串深空“寶藏”，包括迄今最精確的引力波源、最清晰的引力波信號，以及第二代黑洞的存在證據。

LVK合作組成員、英國格拉斯哥大學引力研究所研究員丹尼爾·威廉姆斯博士認為，這次信號“上新”再次拓寬并加深了人類對宇宙的認知。美國內華達大學拉斯維加斯分校的利奧·津卡達則表示，不斷增長的引力波信號正把天文學研究帶入全新紀元，使科學家能以空前的精度檢驗廣義相對論。

最精確引力波源定位

據物理學家組織網5月26日報道，2024年6月15日，LIGO的兩臺探測器和Virgo聯手捕捉到信號GW240615，創下所有引力波事件中最精確天空定位的紀錄。得益于3臺探測器同時工作、實施三角定位，該引力波源被鎖定在區區6平方度的狹窄天區內。在這片距離地球約30億光年的天區里，一個26倍太陽質量的黑洞和一個30倍太陽質量的黑洞劇烈碰撞，激起的時空漣漪奔行億萬光年，最終被地球上的探測器捕獲。

這一突破離不開Virgo的回歸。從2024年4月起，Virgo重新加入觀測網絡，大大強化了多信使陣列的定位能力，使定位精度大幅提升，科學家借此能更容易地識別出每次并合對應的宿主星系。

精確的定位，帶來的遠不止一個記錄。格拉斯哥大學引力研究所研究員亞歷克斯·帕帕多普洛斯指出，更大規模的引力波信號樣本庫正幫助解答宇宙學中最重大的問題之一：宇宙膨脹的速度有多快？人們常用哈勃常數來描述這一膨脹速率，引力波使科學家能夠通過估算并合天體的距離來測算哈勃常數。

得克薩斯大學奧斯汀分校的陳欣瑜（音譯）進一步解釋道，哈勃常數告訴我們宇宙膨脹的速率和它的年齡，然而不同測量方法至今仍給出相互矛盾的答案，由此形成了著名的“哈勃張力”。如果差異持續存在，便意味著我們今天的宇宙學圖景或許并不完整。借助這一批新的引力波源，團隊獲得了精度比此前提升約25%的哈勃常數值。這一躍進讓科學家更有信心解開現代宇宙學最大的謎題之一。

最清晰的“宇宙呢喃”

美國科學促進會旗下優瑞科網站在5月26日的報道中指出，捕捉引力波，本身就是一場與噪聲的對決。信號的清晰度通常用信噪比（SNR）來衡量。在GWTC-5中，就藏著一個迄今最清晰的“宇宙呢喃”——信號GW250114，信噪比高達76.9。

這一信號來自兩個分別為32倍和34倍太陽質量的黑洞，在約13億光年外的宇宙深處并合，于2025年1月14日抵達地球。美國康奈爾大學物理學家基夫·米特曼認為，GW250114是迄今從雙黑洞并合中提取出的最強、最清晰信號，宛如為廣義相對論量身定制的檢驗標尺：信號的每一個細節都與愛因斯坦的預測完美契合。

不僅如此，格拉斯哥大學的約翰·維奇博士透露，LVK合作組借助這一信號，以高達99.999%的置信度，成功驗證了霍金于1971年提出的黑洞面積定理。該定理斷言，并合后新黑洞的事件視界——那條連光都無法逃脫的邊界總面積絕不會小于原先兩個黑洞事件視界的面積之和。針對GW250114的測算給出了一組精妙的數字：并合前，兩個黑洞的事件視界總面積約24萬平方公里；并合后，新生黑洞的事件視界面積高達約40萬平方公里，宇宙再次毫厘不差地遵守了理論預言。

第二代黑洞“漸露真容”

若論GWTC-5最引人注目的發現，當數潛在的第二代黑洞。它們隱藏在事件GW241011和GW241110之中，分別發生在距地球約7億光年和24億光年的地方。

發生碰撞的黑洞的自轉方向、旋轉速度和質量，都隱隱透露出它們的身世：它們很可能并非由單顆恒星坍縮而成，而是由更古老的黑洞并合形成。第二代黑洞大多形成于極為擁擠稠密的宇宙環境，如恒星團或星系核心，那里的黑洞反復碰撞、逐級并合，才造就了這樣奇異的混合體。這些第二代黑洞的質量約在10—20倍太陽質量之間，且自旋極快，直接挑戰了黑洞形成與演化的主流理論，暗示著仍有錯綜復雜的天體物理路徑等待厘清。

美國內華達大學拉斯維加斯分校天體物理學助理教授卡爾-約翰·哈斯特感慨，每一次探測到新的引力波信號，都在補充人們對宇宙的認知，這些黑洞并合事件既是窺見天體物理的窗口，也是探究和驗證物理基本定律的寶貴實驗室。

GWTC-5不僅是一本不斷增厚的信號族譜，更是一個蘊藏豐富知識的寶庫。正如加州理工學院LIGO實驗室高級科學家喬納·坎納所言，這批數據將長久供研究者深挖——從宇宙學、恒星演化到引力理論，眾多未解難題都可能在此找到線索。

法國國家科學研究中心天體粒子與宇宙學實驗室研究員埃德·波特則強調，GWTC-5的發布標志著引力波天文學已從最初的突破性發現，蛻變為一門能以驚人細節探究物理定律和宇宙歷史的精密科學，更多宇宙的“隱藏寶藏”正等待它一一揭示。