来源：SciTechDaily
10年前，人类首次“听见”宇宙的引力波。如今，科学家借助升级版LIGO探测器，捕捉到迄今最清晰的信号——来自十多亿光年外两颗黑洞的碰撞。这一发现不仅揭示了黑洞合并的“宇宙乐章”，更以惊人精度验证了史蒂芬·霍金半个世纪前的预言。
2015年9月14日，来自宇宙深处的微弱信号穿越13亿光年抵达地球。这是两颗黑洞相互螺旋并合产生的时空涟漪——引力波。它并非光，而是时空结构本身的扭曲。激光干涉引力波天文台（LIGO）的双探测器首次捕捉到这一现象，开创了观测宇宙的新方式。2017年，LIGO三位奠基人因此荣获诺贝尔物理学奖。
如今，LIGO位于华盛顿与路易斯安那的两座观测站，与意大利的Virgo及日本的KAGRA联合运作，组成全球“LVK网络”。他们平均每三天就能探测到一次黑洞合并事件。至今，科学家已确认或候选约300起合并案例，仅本轮观测就发现约230起。探测能力的飞跃得益于量子精密工程和噪声抑制技术的革新，使仪器能测量比质子直径小一万倍的微小时空变化。
最清晰的“宇宙之声”
2025年1月14日的信号——GW250114——与2015年首次发现（GW150914）极为相似，皆来自质量约为太阳30至40倍的两颗黑洞，距离地球约13亿光年。但十年的技术进步让这次信号清晰度大幅提升。“这一次，我们能‘听’得一清二楚。”加州理工学院物理学家卡特丽娜·查齐奥安努（Katerina Chatziioannou）说。信号的背景噪音极低，使科学家能够以前所未有的精度检验物理定律。
通过分析波频变化，LVK团队获得了迄今最有力的观测证据，验证了霍金1971年提出的“黑洞面积定律”：黑洞的总表面积不会减少。合并时虽然会释放能量、增加自旋，但总面积必然增大。根据LIGO数据，两个原始黑洞的总表面积约24万平方公里（相当于英国大小），合并后增长至约40万平方公里（接近瑞典国土面积），增长显著。这一结论的置信度高达99.999%，远超2015年首例数据的95%。
这也是霍金去世七年后，他的理论首次被清晰证实。物理学家基普·索恩回忆道：“2015年霍金得知LIGO探测成功后，立刻打电话问我能否检验他的定律。可惜他没能亲眼看到结果。”
“听见”黑洞的回响
黑洞合并后的“回响”被称为“振铃阶段”，此时新形成的黑洞像被敲击的钟，发出多频振动。研究团队首次在GW250114数据中分辨出两个不同的引力波振动模式——它们频率接近但衰减速率不同，犹如钟声的两种共鸣。这让科学家得以精准计算最终黑洞的质量、自旋及表面积，验证理论模型的正确性。另一篇同期论文还利用该数据，检验了爱因斯坦广义相对论在极端条件下的适用性，结果完全吻合。
全球协作的科学壮举
来自法国、意大利、美国、日本等国的数百名研究人员全天候监控仪器，处理数据、触发观测警报。法国国家科研中心的尼古拉·阿尔诺指出：“LVK的成功背后，是无数科学家跨越时区的努力——太阳永不落在我们的合作网络之上。”
十年来，LIGO和Virgo不仅“听到”了黑洞，还捕捉到中子星的碰撞。2017年的“双中子星合并”事件，不仅发出引力波，也在天空中绽放出光芒——这是人类首次同时观测到光与引力波的“多信使”天文事件，为金和铂等重元素的起源提供了证据。
迈向宇宙探索新纪元
LVK网络未来将迎来新的伙伴——印度LIGO，以及更宏伟的欧洲“爱因斯坦望远镜”和美国“宇宙探险者”计划。这些下一代干涉仪臂长将达10至40公里，有望探测更遥远、更早期的黑洞合并，甚至“听见”宇宙诞生之初的时空颤动。
“这是引力波研究最激动人心的时代，”欧洲引力波天文台主任马西莫·卡皮内利说，“在LIGO、Virgo与KAGRA等仪器的帮助下，我们正进入一个能够探索‘黑暗宇宙’的新纪元。新的探测器将带我们更远，回望宇宙最初的黎明。”