包括賓夕法尼亞州立大學研究人員在內的一個國際合作組織發布了迄今為止最大的引力波事件目錄。引力波是作為巨大的天文事件的餘震產生的空間時間漣漪，如兩個黑洞的碰撞。
通過利用一個全球探測器網絡，研究小組確定了35個引力波事件，這使得自2015年開始探測工作以來觀察到的事件總數達到90個。
新的引力波事件是在2019年11月至2020年3月期間使用三個國際探測器觀測的。位於美國路易斯安那州和華盛頓州的兩個高級激光干涉儀引力波天文台(LIGO)探測器和意大利的Advanced Virgo探測器。來自這三個探測器的數據被來自LIGO科學合作組織、Virgo合作組織和KAGRA合作組織的科學家團隊仔細分析。來自LIGO第三次觀測運行後半段的新事件目錄在一篇新論文中得到了描述。
賓夕法尼亞州立大學博士后研究員、LIGO合作組織成員Debnandini Mukherjee說道：“在LIGO和Virgo的第三次觀測運行中，我們已經開始探測更難以捉摸的引力波事件類型。這包括重質量黑洞、更極端的質量比雙星及以更高的置信度探測到的中子星-黑洞凝聚。我們正處於一個令人興奮的時代，這種觀察已經開始質疑傳統上已知的天體物理學並開始為更清楚地了解這種天體的形成做出貢獻。”
新的探測結果
在探測到的35個事件中，有32個最有可能是黑洞合併–兩個黑洞相互旋轉並最終結合在一起，這一事件會發射出一陣引力波。
參與這些合併的黑洞有一系列的大小，其中質量最大的黑洞約是我們太陽質量的90倍。由這些合併形成的幾個黑洞的質量超過了太陽的100倍，它們被歸類為中等質量黑洞。這標誌着首次觀察到這種類型的黑洞，而天體物理學家早就提出了這種理論。
在35個事件中，有2個可能是中子星跟黑洞的合併–這是一種更為罕見的事件類型，而且是在LIGO和Virgo的最近一次觀測中首次發現的。這些新探測到的合併中的一個似乎顯示了一個質量約為太陽33倍的大質量黑洞跟一個質量約為太陽1.17倍的低質量中子星相撞。這是迄今為止利用引力波或電磁觀測所探測到的最低質量的中子星之一。
黑洞和中子星的質量是大質量恆星如何生存並最終在超新星爆炸中死亡的關鍵線索。
賓夕法尼亞州立大學畢業生、賓夕法尼亞州立大學LIGO小組成員Becca Ewing說道：“在這次目錄的最新更新中，我們終於能觀察到黑洞跟中子星的合併，這在以前的任何一次觀測中都沒有發現。每一次新的觀測運行，我們都會發現具有新的和不同性質的信號並擴大我們對這些系統的外觀和行為的理解。通過這種方式，我們可以通過每一次新的觀測開始越來越多地改善我們對宇宙的理解。”
最後的引力波事件則來自質量約為太陽24倍的黑洞跟質量約為太陽2.8倍的極輕黑洞或極重中子星的合併。研究小組推斷它最有可能是一個黑洞，但不能完全確定。2019年8月，LIGO和Virgo發現了一個類似的含糊不清的事件。這個較輕天體的質量令人費解，因為科學家預計，中子星在坍縮形成黑洞之前的最大質量約是我們太陽質量的2.5倍。然而在電磁觀測中沒有發現質量低於約5個太陽質量的黑洞。這導致科學家們推斷，在這個範圍內，恆星不會坍縮成黑洞。新的引力波觀測結果表明，這些理論可能需要被修正。
重要的進展
自2015年首次探測到引力波以來，探測到的數量以迅雷不及掩耳之勢上升。在短短几年內，引力波科學家從第一次觀察到宇宙結構中的這些振動到現在每個月都能觀察到許多事件，甚至在同一天有多個事件。在這第三次觀測期間，引力波探測器達到了有史以來的最佳性能，這要歸功於為提高這些先驅性儀器的性能而進行的不斷升級和維護計劃。
隨着引力波探測率的提高，科學家們也改進了他們的分析技術從而確保結果的高度準確性。不斷增長的觀測目錄將使天體物理學家能以前所未有的精度研究黑洞和中子星的特性。
在最近這次運行中的另一個重大進展中，在最初的引力波探測的幾分鐘內，天文學家向世界各地的其他觀測站和探測器發出了呼籲。這個由中微子探測器和電磁觀測站組成的網絡將注意力集中在波所來自的天空區域，以此對識別源事件展開嘗試。而產生引力波的宇宙事件還可以產生中微子和電磁輻射，如果被探測到，則可以提供有關該宇宙事件的額外信息。然而新宣布的引力波都沒有報告的對應物。
賓夕法尼亞州立大學助理研究員、LIGO合作項目成員Bryce Cousins表示：“跟其他觀測站快速溝通對於檢測對應物並為多信使天文學作出貢獻至關重要。通過多信號研究一個宇宙事件，我們不僅可以了解黑洞和中子星的具體屬性，還可以研究更廣泛的天體物理學領域如恆星演化和宇宙的膨脹。在這次觀測運行中建立的警報系統和觀測站網絡對於探測我們在未來的觀測運行中更好地理解這些主題所需要的對應物來說至關重要。”
在預計於明年夏天開始的下一次全面觀測中，日本的KAGRA觀測站也將加入搜索。KAGRA位於一座山的深處，在2020年成功完成了第一次觀測運行，但還沒有加入LIGO和Virgo的聯合觀測。有了更多的探測器，潛在的事件就可以被更準確地定位。
“KAGRA加入探測器網絡可以為提高引力波候選源的天空定位區域做出貢獻，約是2倍，然後這可以有利於對對應物的探測，因為知道源在天空中的精確位置對望遠鏡進行觀測至關重要，”賓夕法尼亞州立大學的研究生和LIGO合作成員Shio Sakon說道，“隨着探測管道的發展，LIGO和VIRGO的升級以及KAGRA對探測器網絡的參與，我們預計將比以往更頻繁地探測和分析引力波候選事件，而發出高質量的低延遲公共警報將對多信使天文學的發展至關重要。”