{{Infobox gravitational wave event
|image=LIGO measurement of gravitational waves(zh-hans).png
|caption=GW150914探测结果及理论分析{{efn|GW150914是由LIGO位于汉福德（H1）及利文斯顿（L1）的两架干涉仪于2015年9月14日探测到的。图中的时间相对于该日的09:50:45（UTC）。第一行的两幅图为两架干涉仪的实验探测曲线。第二行的两幅图中的实线为利用从GW150914探测结果中获取的参数对系统进行相对论数值计算而得的曲线，深灰线为利用双黑洞模型的拟合结果，浅灰线为利用正弦高斯波包进行线性叠加的拟合结果；这些曲线的交叠度达到94%。第三行的两幅图为实验曲线减去相对论数值计算曲线后的残值情况。最下一行的两幅图为探测结果的时间-频率表示，展示了信号频率随时间的变化情况。信號名稱GW150914的意義為「重力波2015年9月14日」，GW是重力波"Gravitational Wave"，150914是發現日期。
此次探测验证了广义相对论最后一项未被证实的理论预测，同时开启了引力波天文学的新纪元。引力波就此作为一种粒子和电磁波之外的新的探针，将被用于探测过去未能探测到的天体现象，如中子星的诞生、演化以及衰亡以及宇宙诞生之初的图景。
探测背景
发生弯曲的结果，而宇宙中发生的天文现象会引起从波源向外以光速传播的时空“涟漪”，引力波。不过由于万有引力相对于电磁作用等其他基本相互作用而言非常微弱，所以从技术上来说，引力波非常难以探测。理论上，做轨道运动的系统都会向外以引力波形式释出能量，但在绝大多数情况下，这样释出的能量的探测难度远高于目前探测水平。尽管仍然十分微弱，双星系统或双黑洞的旋近以及最终的併合是一种可以尝试去探测的情形。在这些情形中，系统中的物体的速度会非常大，它们质量中将有相当的一部分将在非常短的时间转化为能量以引力波形式释出。其中可探测到的能量在目前探测能力所能及的范围之内。。二人因此摘得1993年的诺贝尔物理学奖。这项发现以及随之涌现的一系列天体物理学新的理解，令科学家认识到对于引力波的直接探测将是研究相对论性系统以及在强引力场情形中验证广义相对论的一种方法。在GW150914被探测到时，LIGO运转着两架引力波探测器：一架位于路易斯安那州利文斯顿（），另一架则位于华盛顿州的漢福德區（），两地相隔。两架探测器的运行原理与迈克尔逊干涉仪相仿。它们在2002年至2010年期间没有探测到任何引力波信号。随后，该计划进行多年的修整，两架探测器也得到提升。两架探测器于2015年2月进入工程模式，并于同年9月进入第一观测阶段。
在LIGO的发展和观测过程中，一直存在着用以考察研究者辨识信号能力的“盲注入信号”。为了保障这种测验的有效性，只有四个科学家知道这种信号会在何时注入。相关信息在这些信号经过彻底分析后才会告知给研究者。
GW150914的探测
探测过程
附近的處女座干涉儀（Virgo）引力波探测器处于下线状态，并正进行升级。如果它处于上线状态，其灵敏度也足以发现这个信号，相应的红移为，置信区间为90%。依据对红移数据的分析，该引力波是由两个质量分别为倍太阳质量和倍太阳质量的黑洞併合放出的，而併合后的黑洞的质量为太阳的倍。其间减少的倍太阳质量的能量以引力波形式释出，符合质能等价。引力波辐射的峰值功率为3.6W，是可观测宇宙所有可见光源功率总和的10倍多，约为普朗克功率的0.1%。
发生位置
引力波探测器是全天监测器，并不能解析出信号的空间信息。引力波产生的位置的重建需要一个探测器网络。由于只有LIGO的两个探测器探测到该信号，因而GW150914的引力波源只能被确定处于一个環形区域内。这是由对ms的时间延迟进行分析得到的，同时还要考虑两个探测器间的幅值以及相位的一致性。通过这一分析可以得到大小约为140 deg2（50%概率）或590 deg2（90%概率）的可信区域。
伽马射线暴
费米伽玛射线空间望远镜的伽马射线暴监视系统在GW150914被检测到0.4秒后于其预估发生区域附近检测到一个强度约为的弱伽马射线暴。相关研究人员人员认为二者存在相关性，误报率为0.0022。如果二者确实相关的话，那么GW150914发生位置的90%信度区域大小则可降至。依据国际伽玛射线天体物理实验室的全天反符合屏蔽光谱仪的观测结果，以伽马射线及硬X射线形式释出的能量不到以引力波形式释出的百万分之一。这一上限一定程度上排除了引力波与伽马射线暴之间的相关性。
依据目前对于黑洞併合的研究，在产生GW150914的双黑洞併合产生引力波时可能确实不会同时产生伽马射线暴，因为恒星质量双黑洞并不具有吸积盘。哈佛大学教授亚伯拉罕·勒布则试图通过另一种方式解释此次现象，以解释伽马射线暴的产生。他认为伽马射线暴的产生可能是由于此次黑洞併合发生在体量更大的母星中。一个高速自转大质量恒星在其坍缩时所产生的离心力所产生的旋转轴会令其变形为哑铃型，进而分裂为双黑洞。在这颗恒星坍缩过程的末尾会触发伽马射线暴。而之所以会存在0.4秒的延迟则是因为伽马射线暴在恒星星体中的传播速度较引力波传播速度稍慢。
其他波段电磁波
雨燕卫星在引力波被探测到两天后对临近估计位置的星系进行了观测，并没有探测到可见光、紫外线以及X射线波段的电磁波。
结果发表
2016年2月11日，LIGO的执行主任与、莱纳·魏斯以及基普·索恩等LIGO委员会成员，和NSF的主管于华盛顿特区举行的新闻发布会上宣布了探测结果。
在结果正式宣布前即有引力波被探测到的传闻。这些传闻来源自于2015年9月25日发表的推文。
公認與獎賞
2016年5月，全體研究團隊，特別是計畫創始者朗納·德瑞福、基普·索恩、萊納·魏斯，由於探測到引力波，共同榮獲基礎物理學特別突破獎與獎金3百萬美金。他們還獲得了。2017年，因对LIGO探测器及引力波探测的决定性贡献，莱纳·魏斯、巴里·巴里什及基普·索恩共同获得诺贝尔物理学奖。
对基础物理学的影响
效应，黑洞后的星空景象会随着时空弯曲也产生相当大的扭曲，并且看起来像是在旋转、移动。]]
强引力场中广义相对论的验证
併合后黑洞的基本性质，质量与自转，及併合前的两个黑洞的情况与广义相对论的理论预测相符。这是首次在强引力场中对广义相对论进行实验验证，没有出现违背广义相对论理论预测的探测数据。
然而此次探测到的信号并不能用来研究更为复杂的广义相对论相互作用，例如从引力波间相互作用中产生的尾波以及弯曲的时空背景。这个信号尽管相对较强，但仍远弱于双脉冲星系统产生的信号。探索引力波间错综复杂的相互作用以及改进对广义相对论偏差的约束需要更为灵敏的探测器以及强度更大的信号。
併合前黑洞为双星系统的情况，以及这个系统能够在宇宙寿命内完成併合，对取决于双黑洞系统形成情况的双星演化或恆星動力學情况构成约束。恒星黑洞的初始冲击，即黑洞在其从II型超新星产生时所获取的速度，并不总是很高，否则形成黑洞的超新星联星会发生瓦解。球状星团中的黑洞的速度会超过星团的逃逸速度，然后由于动力学相互作用不再形成双星。。
引力波在之后的宇宙学观测中的应用
GW150914的探测开启了引力波天文学的新纪元。在此次探测前，天体物理学家以及宇宙学家的对于天体的观测基于可见光、X射线、微波与无线电波这样的电磁辐射以及宇宙射线、星风以及中微子这样的粒子。这些手段具有明显的局限性。许多物质都不能放出辐射，而这些辐射在传播过程中也会受到其他系统的阻碍：星系以及星云可能吸收或改变它们内部或进入其内部的光。而对于致密星与部分的奇特星这样的天体，它们可能包含不参与电磁相互作用的物质，除了通过引力作用外可能并没有能探测到它们的手段。
对于由黑洞併合产生的引力波的波形及幅值的测量可以用来精确确定该现象发生位置与地球间的距离。随着黑洞併合观测数据的累积，物理学家可以更为精准地描述宇宙膨胀及影响该过程的暗能量的性质。
早期宇宙存在一个内部能量非常高的时代。这个时期的宇宙中的物质大多以离子态的形式存在，其中的光子会受到自由电子的散射，因而这个时期的宇宙并不像目前这样“透明”。
人类在掌握直接探测引力波的能力后就可以将它作为天体探测的新手段。相对于光而言，引力波在时空中传播所受到的阻碍较少，而不发光的物质却依然具有引力作用。早期宇宙的不透明性似乎并不会对于那时产生的引力波造成太大的影响。如果这些引力波能被探测到的话，那么它们将提供一个观测宇宙产生之初的图景的一个视角。同时，那些不会产生光等电磁辐射或者会造成光过度扭曲的天文现象，如黑洞併合等，在发生时也会产生引力波。对于引力波的直接观测可以实现对于这些目前尚不可观测的天文现象的观测。預計未來每年将会有5个GW150914这样的黑洞併合现象以及40个双星併合现象被探测到。除此之外，还有尚不知道具体数量的其他引力波源也将被探测到，其中的一些可能是目前的理论尚未预测到的。。
已预定发射的激光干涉空间天线（eLISA）可以在宇宙空间中探测引力波。像产生GW150914的双黑洞这样的大质量双星系统在其併合前1000年的演化过程中所放出的引力波在eLISA感知范围内。如果它们与地球的距离在10百萬秒差距内，那么它们将是一种前所未知的引力波源。
參見
- 重力波
- 引力波天文学
- 廣義相對論
- 雙黑洞
- 雷射干涉重力波天文台（LIGO）
注释
参考文献
外部連結
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