黑洞融合有99.8%可能辐射电磁波？这个可能性足以证明吗？看看科学家怎么说
图源：SXS, the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project (http://www.black-holes.org).
在2915年9月14日，位于华盛顿州汉诺威和路易斯安那州利文斯顿的先进LIGO探测器都探测到了一股猛烈、连贯、引人注目的引力波信号，这是这种事件的第一次直接观测。在跨越了数十年的理论和实验研究，以及开发工作后，一个清晰的只持续了20毫秒的信号被这些上述的探测器中被连续捕捉到了。结果就是，我们看到了不可思议的情景：分别有太阳质量36倍和29倍的两个黑洞完成了它们的自转而合并在了一起，最终产生了一个62倍太阳质量的大型黑洞，并以67%的光速旋转；同时以引力波形式辐射出其余的三个太阳质量，按爱因斯坦方程E=mc^2把质量转化为能量。
理论上两个黑洞融合时不应该有任何光信号产生，不会有任何的无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线或伽马射线。但在美国物理学会四月会议上公布的一组数据中，来自美国宇航局费米卫星的学术团队声称，他们观测到了与LIGO探测到的引力波相一致的伽马射线事件。这一消息就其本身而言，是既令人吃惊又引人注目。
图源：NASA's Goddard Space Flight Center.
由瓦莱丽·康诺顿（Valerie Connaughton）领导的小组的一篇新论文，在同行审评中看到了一个薄弱点：伽马射线包括一次超过50keV的高能辐射瞬时脉冲，约为电离氢离子所需能量的4000倍。由于费米只覆盖了70%的天空，所以该事件的定位不充分，但是它所观测的那一部分包含了LIGO观测到的引力波事件GW150914可能的起源位置。关键发现呢？那一事件仅仅发生在LIGO观测的0.4秒后。根据他们的研究，这一事件是虚惊一场的概率大约为0.22%，意味着有99.78%的可能表明这是真的信号，听起来是很有可能的！
费米观测到的事件的伽马射线计数率
图源：Figure 2 from V. Connaughton et al., 2016, under review. Via http://arxiv.org/pdf/1602.03920v3.pdf
但是从观测的角度来看，有几处问题
首先，0.22% 的“虚惊一场可能性”对于物理标准来说其实挺高的，当我们想声称一项事件是一个真正的观测时，我们需要5σ显著性上稳定的置信水平，这相当于0.00003%，或者说1/3500000的错误概率。但我们现有的只是一个1/454的错误概率，2.9σ显著的事件。
其次，当伽马射线监测（GBM）仪器覆盖70%天空时，在较小的天空区域有一个最佳相应范围——这个范围不包括此次爆发的区域，正如论文作者自己说，“瞬间事件的持续时间和频谱说明，这是一段弱的短伽马射线，其爆发与费米指向方向呈大角度差异，在此处，GBM探测器的应答不是最优的。”换句话说，这项观测是基于而费米卫星不可靠的数据产生的。
最后，还有一个竞争卫星项目——欧洲航天局的综合卫星，明确指出没有看到与LIGO事件相关的高能信号。发表在著名天体物理学杂志上的一篇论文中，第一作者沃洛迪米尔·萨夫琴科（Volodymyr Savchenko）得出以下结论：我们寻找了所有可获得的综合卫星的数据，但没有发现任何与LIGO探测有关的高能放射的线索。
换句话说，这0.22%的几率事实上暗示着这个信号有很大可能是错误的。当然，如果是正确的，我们就可以缩小信号位置的范围，但这需要一个很大的假设，因为现存的数据没有足够的合理性。
不是说这不可能是真的，也不是说费米的结果没有暗示性。LIGO合作的下一个目标是把他们未来所有的引力波发现探测结果与电磁（基于光）信号结合起来。理论上，两个融合的黑洞不会产生电磁辐射，但两个融合的中子星——LIGO敏感的另一种引力波源，是可以产生的，也可以想到，虽然黑洞不会产生这些伽马射线，但吸积盘或是起附近的环境可以。
途经的引力波对时空的“涟漪”效应
图源: ESA–C.Carreau
来自这一事件的引力波肯定是真的，但电磁波就远不能确定了。一如既往，两个不同小组互相争论谁的结果更好，是费米的还是综合卫星的？这样是不能解决问题的，只有来自随后事件中更多更好的数据才有助于解决。引力波天文学这门学科最终还是进入了它的初期，这是进入下一步的一个尝试。对于结果要我们保持一个开放的心态，但也要对这些声言极度谨慎，直到得到更佳的数据。
作者: Ethan Siegel Senior Contributor
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