90次啦！最新引力波目录公布

北京时间11月8日，引力波观测LIGO-Virgo-KAGRA合作组织发布了最新一期引力波事件目录，总共包含了90次，较2020年10月发布的目录又新增了35次。
该目录囊括了目前世界上已建成并投入使用的三座引力波天文台，分别是位于美国的两台高新激光干涉仪引力波天文台（aLIGO）、位于意大利的室女座引力波探测器（Virgo）和位于日本的神冈引力波探测器（KAGRA）。这三座天文台联合组成了一个科学家团队仔细分析了2019年11月至2020年3月期间的观测数据，共监测到新的引力波事件35个。其中32个极有可能是黑洞合并（两个黑洞相互旋转接近最后碰撞合并成为更大质量的黑洞）所产生。如果这样的话，迄今黑洞并合产生的引力波总数达到83次，占92.2%。（回顾上一份目录：《》）

迄今观测到的90次引力波合集
有趣的是，参与这些并合事件的黑洞中，质量差别也不小，最小的质量大约是太阳的5倍，最大的超过100倍，而这种超百倍太阳质量（M€）的黑洞可以被归为中等质量黑洞。这一种类的黑洞是天体物理学家的香饽饽，长期以来他们一直在寻找，并试图弄清它们的演化过程。这份新的目录显示并合后质量大于100M€的黑洞占比将近10%，这似乎透露出宇宙中的中等质量黑洞或许比此前所认为的更为常见，至少看起来偏小的中等质量黑洞好像不少。另外，在所发现的35个事件中，有两个可能是中子星和黑洞合并——这可能是更为罕见的事件。

迄今观测到的90次引力波对应的并合事件
我们试着对总表做个初步统计：
双黑洞并合83次，占92.2%。
双黑洞并合83次，占92.2%。
黑洞-中子星并合2次，占2.2%。（另有两次不确定，疑似也是黑洞-中子星并合）
并合前双黑洞质量均超过20M€的53次，占58.9%。
并合后黑洞质量超过50M€的52次，占56.6%。
并合后黑洞质量超过100M€的8次，占比8.9%。
让我们再列举几个比较有意思的吧：
质量最大：GW190426_190642
一个107M€的黑洞与一个77M€的黑洞，并合为175M€的黑洞（释放能量相当于9M€）。这也是第一例并合前单体黑洞质量就超过100M€的。
质量最小：GW170817
质量分别为太阳的1.46倍和1.27倍的两颗中子星并合，最终质量约2.8M€。这是首个得到确认的双中子星并合事件，但并合后形成的是黑洞还是更大的中子星尚不明确。
质量差距最悬殊：GW191219_163120
初始质量分别为31.6M€（黑洞）和1.17M€（中子星），并合后留下32.7M€。值得一提的是，这也是迄今“发现”的最小质量中子星，不管是引力波还是电磁波发现的。
挑战黑洞质量下限：GW190814和GW200210_092254
这两次事件共同特征是，两个合并单体中的一个质量都在24M€左右，而另一个质量为2.6~2.8M€，这个质量范围的天体到底是黑洞还是中子星并不清楚。之前，通过电磁波方法还没有发现过质量低于5M€的黑洞，所以有理论认为大质量恒星坍缩后残余质量小于5M€是不会形成黑洞的。如果引力波观测表明这个小质量的天体符合黑洞特征的话，那么可能需要考虑对理论做出一定的修正。
为什么那么关注质量呢？因为恒星世界中质量为王，这也是恒星死亡后会产生什么样的超新星爆炸，最终会走向何种结局的决定性因素。
从新公布的这份引力波目录看，自被探测以来，检测到的数量增长速度相当惊人。

累计有效观测时间合计为23个月，共发现了90次引力波事件，平均下来每月发现近4次！甚至，还有同一天里发现2次引力波的情况！

LIGO-Virgo运行第三阶段后半段（O3b）观测到的引力波

这些看着就让人激动。正如在发现第三次引力波后我们就预判，引力波天文学的窗口已经打开，更多的引力波的数量提供了更多的研究样本，有助于掌握大质量恒星演化、黑洞演化的规律。
不过这其中还有些许遗憾。比方说GW170817引力波引发了，引力波天文学联合多波段观测锁定了首个引力波源，证实了的存在，也开启了多信使天文学时代。然而在新的引力波目录中也出现一次疑似双中子星并合事件（GW190425），当时也发出了预警，可是并没有找到它的光学对应体。

GW170817及后续多波段观测全过程
这些观测结果也证明了目前引力波探测器，尤其是aLIGO已经达到了有史以来最好的性能。做到这一点，全赖不断的升级和维护。未来，LIGO还会进行新的升级，包括镜面上的新型涂料，进一步提升镜面的放射率，Virgo也同样有提高灵敏度的升级计划。不过，由于供应链方面的迟滞，以及新冠病毒疫情的影响，第四阶段的观测（O4）将会被推迟，不会早于2022年8月开始。
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参考资料：
[1] LIGO VIRGO AND KAGRA RELEASE FURTHER SCIENCE RESULTS FROM NEW GRAVITATIONAL-WAVE CATALOG
(https://www.ligo.org/news/index.php#GWTC3c)
[2] GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the Second Part of the Third Observing Run
(arXiv:2111.03606)
[3] Search for Gravitational Waves Associated with Gamma-Ray Bursts Detected by Fermi and Swift During the LIGO-Virgo Run O3b
(arXiv:2111.03608)
[4] Constraints on the cosmic expansion history from GWTC-3
(arXiv:2111.03604)
[5] Black holes of ‘all shapes and sizes’ in new gravitational wave catalog
(https://www.ligo.org/detections/O3bcatalog/files/newsitem_GWTC3.pdf)

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