2015 年 9 月 14 日，雷射干涉重力波天文台（LIGO）首次直接偵測到重力波，訊號以光速行進約 13 億年才抵達，但並不是光，而是全新訊號：時空漣漪。這歷史性發現代表人類首次以第四種方式觀測宇宙：電磁波（X 射線、可見光、無線電波等）、宇宙射線、微中子，以及時空重力波。
探測更靈敏
LIGO平均每三天就能偵測到一次重力波訊號。LIGO與義大利Virgo及日本KAGRA合作，組成LVK重力波偵測網路，迄今捕捉到約300次黑洞合併事件，僅第四次科學觀測期LVK就發現超過200個黑洞合併候選，數量是前三次總和的兩倍。
LVK偵測量的突破源自數十年技術改良，包含尖端量子工程。LIGO偵測到時空變化非常微小，能測到比質子直徑小萬分之一的變化，比頭髮直徑還小700兆倍。
▲ LVK十年偵測資料（2015~2025年）。偵測結果主要為黑洞合併，但也含少數涉及中子星事件。截至目前的第四次科學觀測期，LVK已發現約220次合併事件，是前三次（共90次）兩倍以上。迄今距離最近事件發生於第二次觀測期，是名為GW170817的中子星雙星合併，距離僅1.3億光年。初始天體總質量以點大小表示，訊號強度以顏色區分。不僅能偵測到更多黑洞，還能以更高的訊噪比捕捉訊號。（Source：LIGO / Caltech / MIT / R. Hurt (IPAC)）
最新最清晰的訊號
LIGO靈敏度提升體現在最近發現的黑洞合併事件GW250114，與LIGO首次發現GW150914類似，皆為兩個質量為太陽30~40倍黑洞在13億光年外合併。但經過十年來儀器雜訊降低技術進步，GW250114訊號清晰許多。
▲ 2015與2025年LIGO降噪成效。上方為2015年LIGO首次偵測到的重力波事件GW150914，下方為2025年捕捉到的GW250114。綠色線條則是基於廣義相對論的最佳模型預測，紫色線條代表實際數據（重力波訊號與背景雜訊的總和）。（Source：LIGO / J. Tissino (GSSI) / R. Hurt (Caltech-IPAC)）
研究員以迄今最清晰訊號驗證基本物理定理：黑洞熱力學的面積定理，霍金1971年提出，指出黑洞總表面積不能減少。這次事件兩黑洞初始表面積總和約24萬平方公里，合併後新黑洞表面積達40萬平方公里，表面積明顯增加。
這類分析最棘手在確定合併後黑洞的最終表面積。合併前黑洞表面積更容易偵測到，因合併時黑洞會螺旋式旋轉，但黑洞合併後訊號就沒那麼清晰。這所謂振鈴階段（ringdown phase），最終形成黑洞會像敲擊鐘振動。研究員分析GW250114並改善模型，清晰辨認兩種重力波衰減模式，就像敲鐘響時的兩種音色，再算出黑洞質量與自旋，並確定表面積。
突破極限
過去十年，LIGO與Virgo也捕捉到中子星碰撞。最著名是2017年千新星，一對中子星合併釋放黃金與重元素，全球數十台望遠鏡都捕捉到從伽馬射線到無線電波的電磁波訊號，是史上首次與重力波關聯的多信使天文學觀測。如今LVK繼續向天文學界發出潛在中子星碰撞預警，天文學界利用望遠鏡搜尋千新星跡象。LVK還發現黑洞與中子星合併、非對稱黑洞合併、最輕黑洞（挑戰質量間隙），以及迄今最巨大黑洞合併。
LIGO技術成就1980年代開始，包括PHD雷射穩定（如今用於原子鐘、量子電腦）、幾乎完美的鏡面鍍膜、突破量子極限的量子壓縮工具，以及AI降噪。這些技術是量子工程的支柱，未來可廣泛用於量子電腦與偵測器。將來LVK會再升級機器，並在印度建立第三座LIGO，提升事件定位精確度。更長遠計畫包括40公里長Cosmic Explorer與愛因斯坦望遠鏡（Einstein Telescope，地下10公里以上的干涉儀），這些規模的天文台將能捕捉宇宙最早期黑洞合併。
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