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重力波天文學 是 觀測天文學 的一門新興分支。 重力波天文學利用重力波來收集對於劇烈天文事件的重力波波源資訊，如 白矮星 、 中子星 與 黑洞 一類的星體所組成的 聯星 ， 超新星 與 大爆炸 也是劇烈天文事件的重力波波源。 天文學家可以利用重力波觀測到超新星的核心，或者大爆炸的最初幾分之一秒，利用 電磁波 是不足以觀測到這些重要天文事件的 [4] :212－213 。 1916年， 阿爾伯特·愛因斯坦 即根據 廣義相對論 預言了重力波的存在 [5] [6] 。 1974年， 拉塞爾·赫爾斯 和 約瑟夫·泰勒 發現 赫爾斯－泰勒脈衝雙星 。 這雙星系統在互相公轉時，由於不斷散發重力波而失去能量，因此逐漸相互靠近，這現象為重力波的存在提供了第一個間接證據 [7] 。
- 何謂重力波？
- 如何觀測重力波？
- 重力波計算
- 數值相對論
- 模擬與觀測
廣義相對論發表的隔年，愛因斯坦發現弱重力場近似下的場方程式具有波動特性：就如同電荷的加速會輻射出電磁波，質量的加速也會輻射出重力波，並以光速傳遞重力場的能量、動量與角動量。 所謂的重力波，即是「時空曲率」以波的形式向外傳播的擾動。時空曲率是引力的來源，當光線經過質量較大的星球時，會造成光線路徑的彎曲。質量越大，所造成的曲率也越大。時空曲率也會影響長度或角度等幾何性質的變化，而長度變化比率正比於重力波的振幅。任何非對稱的質量分布變化（精確地說，是質量的四極矩變化：以橄欖球為例，沿著長軸轉動並不會產生重力波，但沿著其他軸轉動則會）都會產生重力波，例如旋轉的中子星、或其他緻密星體如黑洞的互繞與碰撞、超新星爆炸、甚至是宇宙誕生的大爆炸，都會產生如漣漪般的時空曲率波動，並傳遞至地球造成微小的長度變化。...
重力波是否只是單純的座標變換假象？愛因斯坦也曾懷疑重力波是否可能被觀測到。重力波存在的間接證據，在80 年代以後才逐漸明朗，並於脈衝雙星軌道週期的觀測中被證實。不過早在60 年代起，馬里蘭大學的韋伯（Joseph Weber）就開始嘗試觀測重力波。他所製作的探測器是一個兩公尺長，直徑一公尺的鋁製圓柱，共振頻率約在1660 Hz，表面的壓電材料會因重力波通過而形變並產生電流。韋伯準備了兩個相距約一千公里的相同偵測器以排除局部區域的雜訊，並宣稱觀測到來自銀河系中心的重力波。然而，此實驗引起相當多爭議，現今也認為當時的靈敏度並不足以觀測到訊號，但韋伯啟發了後來的重力波探測。韋伯的共振型探測器的頻寬較窄為其致命傷。所以自60 年代開始，包含韋伯本人的科學家，開始思考利用麥克遜干涉儀來測量重力波所造成...
為了實際將重力波應用到未來的天文學上，針對緻密雙星如黑洞或中子星的互繞與碰撞所產生的連續重力波訊號，科學家必須先建立不同波源及參數的波形，作為匹配濾波（matched filtering）的模板，與觀測信號逐一比對，以擷取出波源質量、自旋、自轉周期、軌道面及方位等訊息。就像指紋比對或是潛艇利用聲紋資料庫比對來判斷敵艦。 黑洞可說是廣義相對論中最神祕的部分，卻是個沒有內部結構的單純物體，只需要質量、角動量與電荷三個參數即可描述，而且它們的動力學僅牽涉時空的演化。實際的黑洞周遭多半會圍繞著星際電漿等物質，並且伴隨吸積過程產生各種電磁輻射，增加了建立數學模型的困難。相比於牛頓雙體運動的圓錐曲線解析解，雙黑洞演化——最簡單的廣義相對論雙體運動，也倚賴愛因斯坦方程式的數值計算，特別是中段的融合波形，直...
模擬非線性愛因斯坦方程式衍生出一門新興學科：數值相對論。計算上的首要問題是，如何在形式上為四維的愛因斯坦方程式中，解讀出空間與時間概念？畢竟自1905 年的狹義相對論後，物理定律都可用四維張量（可以想像成具有多個方向的向量）表示，使得慣性座標下的物理定律都具有一樣的形式：物理現象雖看似不同，但在各個平移、轉動及等速座標系間皆有確定的（羅倫茲）轉換關係（就好像在非相對論的日常經驗下，我們用向量來描述物體運動並熟悉它的轉換，因此在雨中奔跑時，預期垂直下落的雨滴會迎面而來一般）。更遑論廣義相對論下，每一點都可以有不同的慣性座標，使得時間與空間的概念更糾纏不清。 經過了近半個世紀後，形式上四維的愛因斯坦方程式終於被拆解成較明確的三維空間的演化方程。在分解表示下，四維時空可被任意地「切」成三維空間的堆...
從2006 年起，模擬與資料分析團隊逐漸建立起共同語言，並在2009 年後，開始正視理論或數值波形在重力波干涉儀觀測中扮演的角色，此時全球的重力波干涉儀觀測已進行一段時間了，並且LIGO 正起動第六次的運行。在這一次運作中，觀測團隊祕密地將一個模擬重力波訊號「注入」到干涉儀網路中，人為製造反射鏡的移動以產生假信號，來測試資料分析團隊是否可將該信號找出來。結果不負眾望，他們獨立地發現了這個模擬的雙黑洞碰撞訊號，並且通知合作的天文台關注該天區接下來的發展。未來的模擬將朝向最極端天文現象的分析。以「伽瑪射線爆」為例，吸積物質、磁場與重力的交互作用會產生高能量光子與可觀測的電磁訊號，例如電子加速形成的同步輻射，或是光子與原子碰撞產生逆康普敦散射而獲得的能量。 最近2011 年的模擬中，科學家首次計算...
2016年2月12日 · 是次重力波信号是于美国东部夏令时间2015年9月14日凌晨5：51分（香港时间当天下午5：51分），由两台分别位于路易斯安那州列文斯顿（Livingston, Louisiana）和华盛顿州汉福德（Hanford, Washington）的LIGO探测器所探测到，结果已获《物理评论快讯》期刊（ Physical Review Letters ）接受发表。 基于观测到的信号，LIGO的科学家估算出两个合并黑洞的质量大约分别是太阳质量的29和36倍，合并发生于13亿年前（距离地球13亿光年外）。 大约3倍于太阳质量的物质在短短1秒之内被转化成重力波，其功率峰值是整个可见宇宙总功率的50倍。
2016年2月12日 · 重力波的發現將有助於人類對宇宙形成的認識，並且釐清關於宇宙膨脹或是收縮等分歧的推測。. 這勢必是一項諾貝爾物理學獎的重大發現，也是人類對於宇宙知識的一大突破。. 2016年正逢愛因斯坦發表廣義相對論100週年，廣義相對論是建構起現代物理學 ...
當物體加速度前進時 (如兩個超大質量星體互繞)，會使空間的扭曲發生變化、產生「漣漪」，這就是「重力波」。 圖／ R. Hurt/Caltech-JPL. 既然重力波到處都是，為什麼在愛因斯坦 1916 年提出重力波之後，我們相隔了約一百年，才終於透過 LIGO 找到了它存在的證據呢？ 因為重力波能引起的「波動」非常的小，科學家估計即使是劇烈的天體合併事件，能引起的重力波所造成的空間擾動，傳遞到地球時，數量級也頂多只有 10 -12 比 1，換算下來，一個一公里長的物體，因為重力波而造成的改變量只有千分之一個原子核直徑那麼長而已，也難怪愛因斯坦在提出重力波之後，曾說過「我們可能永遠測量不到重力波的存在。 」不過，幸好如此，我們才不會感覺自己一下子變矮、一下子又變胖，對吧？
2016年2月12日 · 重力波的發現證實了愛因斯坦在1915年提出的廣義相對論中一個重要預言，為探索宇宙打開了一扇前所未有的新視窗。 重力波是了解很多宇宙現象的唯一途徑，包括引致重力波的劇烈物理活動，以及萬有引力的本質等。
2006年1月19日 · 由於重力波與物質彼此之間的相互作用非常微弱，重力波很不容易被傳播途中的物質所改變，因此重力波是優良的資訊載體，使人類能夠觀測從宇宙深處傳來的寶貴資訊。 重力波天文學 是 觀測天文學 的一門新興分支。 重力波天文學利用重力波來收集對於劇烈天文事件的重力波波源資訊，如 白矮星 、 中子星 與 黑洞 一類的星體所組成的 聯星 ， 超新星 與 大爆炸 也是劇烈天文事件的重力波波源。 天文學家可以利用重力波觀測到超新星的核心，或者大爆炸的最初幾分之一秒，利用 電磁波 是不足以觀測到這些重要天文事件的 [4] :212－213 。 1916年， 阿爾伯特·愛因斯坦 即根據 廣義相對論 預言了重力波的存在 [5] [6] 。 1974年， 拉塞爾·赫爾斯 和 約瑟夫·泰勒 發現 赫爾斯－泰勒脈衝雙星 。
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