恒星完全球对称地坍缩成为黑洞的过程并不产生任何引力波(见第11章),但是真实的
恒星是旋转的,总有不对称的运动,从而有引力光的发射。黑洞“婴儿”的第一声“啼
哭”就是引力光的闪耀,释放的能量与其静质量能量相当。两个10Mpe量的黑洞相碰撞
所产生的弓I力光度,比最强大的类星体的电磁光度还要大1亿倍。如果这样一个事件发
生在1万光年之遥的银河系中心,到达地球的能流将是可探测的。
一门研究引力光的新天文学正在诞生,这将是具有无可比拟的透明性的天文学。这
是因为,与电磁辐射不同,引力辐射并不被物质吸收,因而来自遥远源的辐射就能不损
失任何所携带的信息而到达地球。另外,对于最强的引力辐射源,即中子星对、超新星
核心和黑洞,电磁观测所能揭示的信息极少,而且只能以间接的方式。因此,引力天文
学将打开一扇通往一个更神秘的宇宙的新窗口,不仅揭示出关于致密星和超密物质的未
知性质,而且告诉我们宇宙150亿年前开端时的情况。不断地被密度涨落所搅”动的原
初宇宙,以及大爆炸本身,都是强大的引力辐射源。即使在大爆炸后的头100万年里没
有电磁波射出,引力辐射仍能不受妨碍地穿过原初宇宙的最高密度区域,或许只有引力
光能够提供黑洞存在和宇宙诞生的确定证据。
再回到地球。望远镜是用来捕获光的,那么又怎样建造~个引力望远镜呢?原理很
简单。正如电磁波引起接收天线振荡一样,引力波也使相遇的物质以一定方式振荡,
“曲率皱纹”使时空的弹性织物出现轻微波动,时空距离发生伸长或缩短。例如,如果
探测器是一块固体物质,当引力波穿过时该物体的不同部分就会沿不同方向有所移动,
即出现形变(必须注意,引力波总能穿过任何物体。无论是多么坚硬的物体,都不可能
完全不发生形变)。
物体中两点之间的间隔在引力波作用下发生的变动能给出波的振幅,而波的振幅是
其能量的直接量度。银河系中心两个恒星级黑洞的碰撞将会使一个1米长的律形探测器
两端发生10-‘’(一万亿分之一)毫米的移动。引力波探测器的建造因而是对科学家
们的一个技术挑战。
马里兰大学的约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)在60年代制造了一个很大的铝质圆柱,
预期其长度会在来自银心的引力波作用下发生振荡。他认为自己已经得到了肯定的结果,
但是在世界上其他许多地方所作的类似实验表明,他对实验误差所作的解释是不正确的。
铭心的一次超新星爆发所产生的波的振幅是10-”毫米,而韦伯的装置能探测的振幅要
比这大1万倍。另外,对银心超新星的探测还有一个问题:银心的超新星是每10年1个,
而爆发过程中的引力暴只持续不到1秒钟的时间。
最有希望探测到引力波的场所是室女座星系团,那里有几千个星系聚集在天空中一
个很小的视角范围里,超新星爆发和双脉冲星周期的衰减所发生的频率大约是每星期一
次。但是室女座星来团的距离并不像银心那样是1万光年,而是5000万光年。这意味着,
要探测到那里的一个超新星的引力光,引力望远镜就必须比能探测铭心类似事件的那种
灵敏100万倍。值得注意的是,1987年2月大麦哲伦云中的超新星爆发(见第6章)的距
离“仅”是17万光年,应当能发射出足够强的引力波,被两个或三个探测器接收到——
如果探测器在开动着的话。但是那天它们全都在检修!
尽管有这些恼人的技术困难,引力波的探测仍有可能在本世纪末获得突破。自韦伯
以后已经取得了许多技术进展,目前世界上共有八个研究组在使用着第二代棒形探测器。
这种探测器更敏感也更昂贵,因为是用钢或蓝宝石这样的稀有材料制造的,并且要冷却
到只有绝对零度以上几度的温度。
另一条更有希望的途径刚刚被开辟,其原理是测量两面大质量镜子之间距离的振荡。
这两面镜子放在长支架的端点上,它们的距离用一个光干涉仪系统来检测。这实际上是