大约在 17.6 亿年前（可能有误差），两个相互绕行的黑洞发生碰撞，形成了一个比太阳重 53 倍的新天体。在此过程中，它们在时空结构中产生了涟漪。这些引力波以光速从这个被称为 GW170814 的事件发生地传播开来，于 8 月 14 日抵达地球。当它们经过我们时，两个 LIGO 探测器——以及首次加入的意大利的 Virgo 天文台——都捕捉到了信号。
LIGO，即激光干涉引力波天文台，是一组位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两个探测器。去年，LIGO 宣布首次探测到引力波，这是一个重大的突破，证实了阿尔伯特·爱因斯坦的预测。在他的一般相对论中，他将时空描述为一种物理实体，其形状会被黑洞等大质量物体改变。当这些物体发生剧烈变化时——例如两个物体碰撞，一个黑洞吞噬另一个大质量物体，或者一颗恒星发生超新星爆发——它们会在时空中产生涟漪，就像你往池塘里扔石头时看到的水面波纹一样。要了解黑洞是如何形成的，以及一般相对论的理论有多可靠，我们必须观测这些波——因为黑洞不发光，所以我们无法通过其他方式观察它们的行为。
自首次发现以来，LIGO 已接收到更多引力波信号。它看到的越多，每次宣布对公众来说可能就越不令人兴奋。为什么我们要关心这个新的信号呢？随着新的 Virgo 探测器的加入，我们现在有三个地点在扫描引力波，这将为每次观测增加关键细节。
第三个天文台增加了每次信号的置信度，将误报的几率降低了 10 倍。它还为科学家提供了更多关于波的极化的信息，这是广义相对论预测的一个特性。如果测量结果与爱因斯坦的计算相悖，科学家们可以改进理论，使其更精确——或者完全取而代之。
“我们基本上是在尝试看我们是否能打破广义相对论，因为我们的理解就是这样进化的，”佐治亚理工学院教授、LIGO 科学合作组织副发言人 Laura Cadonati 说。“如果某些方面不一致，我们就发现新的理论。”
最后，三个天文台可以比两个天文台更精确地定位波的来源。想想 GPS 信号，它可以在谷歌地图上引导你到最近的咖啡馆。它利用整个卫星网络向你的手机发送信号，测量每个信号到达你需要多长时间，并根据这些不同的到达时间，计算出你在地球表面的确切位置。如果 GPS 只有两颗卫星工作，它只能指向一个大区域，并告诉你你在该区域内的某个位置。你添加的卫星越多，该区域就越小。
对于引力波，科学家们正在执行一项类似的任务：根据信号到达每个探测器的时间来确定引发波的事件发生的区域。在这种情况下，它首先到达利文斯顿地点，大约八毫秒后汉福德探测到信号，最后在六毫秒后到达意大利比萨附近的 Virgo。
他们最终将搜索范围缩小到宇宙中一个宽 60 平方度的区域。这仍然是一个巨大的区域——月亮只占我们天空的 0.2 平方度——但它比两个探测器能够找到的区域小 10 倍。这些结果将发表在《物理评论快报》上，目前可在 LIGO 的网站上查阅。
随着更多引力波天文台的投入使用，这个位置可能会不断缩小。日本目前正在建造一个名为KAGRA的地下探测器，而印度则计划建造一个与 LIGO 探测器一模一样的复制品。
“可能在 2020 年代，我们将有五个探测器协同工作，”Cadonati 说。“这就是计划。”
确切知道波源事件在太空中的位置，将使天文学家能够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——指向该区域，看看他们能看到什么。虽然黑洞不发光，但像中子星这样的天体——它们大小如城市，质量却比我们的太阳还大——会发光。因此，当中子星坍缩，或者黑洞吞噬它时，这个事件可以产生引力波和其他信号。
虽然本次最新研究涉及的黑洞合并事件不是这些所谓的“多信使”观测的候选对象，但它表明未来有可能进行这类观测。“这一事件为多信使观测引力波、电磁波、中微子等来自同一来源的信号打开了真正的大门，”Cadonati 说。“这将为理解天体本身的物理学提供线索。”
即使在新天文台投入使用之前，LIGO 和 Virgo 的科学家们也将努力提高现有设备的灵敏度。灵敏度越高，引力波探测器就能捕捉到来自更遥远宇宙的更微弱信号。每一次观测，科学家们都会增加一个黑洞或中子星的统计数据，为描绘大质量宇宙天体如何形成的一幅图景增添一块拼图。
