迄今為止，LIGO和Virgo引力波天文臺(tái)已經(jīng)在宇宙中直接探測到11起引力波事件。不過，這些引力波源距離地球非常遙遠(yuǎn)，都在河外星系中，例如，第一個(gè)被探測到的引力波源（雙黑洞合并）距離地球13億光年，第一個(gè)雙中子星引力波源距離地球1.3億光年。

那么，為什么目前探測到的引力波源都在遙遠(yuǎn)的宇宙中呢？為什么我們沒有在銀河系中探測到引力波呢？

LIGO和Virgo有兩條長達(dá)三四公里并且互相垂直的干涉臂，其中近乎完全真空的狀態(tài)。相同頻率的激光被分光器沿著兩條干涉臂被分開，激光沿著干涉臂運(yùn)動(dòng)，并被來回反射若干次，最后重新組合在一起。

光是電磁波，把各種光波結(jié)合在一起，就會(huì)產(chǎn)生干涉圖樣，相干干涉和相消干涉會(huì)有不同的干涉圖樣。在沒有排除外界干擾和引力波通過干涉臂的情況下，LIGO和Virgo中的光所產(chǎn)生的干涉條紋保持穩(wěn)定。

然而，如果引力波穿過干涉臂，由于空間波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致其中一條干涉臂被拉長，另一條被壓縮，兩條干涉臂的長度將會(huì)變得略微不同。在這種情況下，兩條干涉臂中的光到達(dá)接收器的時(shí)間就會(huì)變得不同，所以干涉條紋就會(huì)發(fā)生變化。

有兩個(gè)關(guān)鍵因素使我們能夠排除地球上的噪音干擾，確認(rèn)探測到的是引力波。（1）當(dāng)引力波通過探測器時(shí)，將導(dǎo)致兩條干涉臂在相反的方向上改變長度，其變化是一個(gè)特定的同相量。當(dāng)觀測到干涉臂的長度出現(xiàn)周期性變化時(shí)，可以比較肯定是引力波。（2）另外，天文學(xué)家在地球上不同的地方建立了多個(gè)引力波探測器。雖然每個(gè)探測器都將會(huì)因?yàn)樗幍木植凯h(huán)境不同而受到不同噪聲的干擾，但經(jīng)過的引力波對每個(gè)探測器的影響非常相似，最多相隔幾毫秒。綜合兩個(gè)關(guān)鍵因素，可以使天文學(xué)家確認(rèn)探測到引力波，2015年第一次探測到的引力波GW150914都符合上述的情況。

能夠產(chǎn)生強(qiáng)大引力波的事件非常罕見，因?yàn)橹挥性趦蓚€(gè)黑洞或者中子星碰撞之前的最后角秒或者幾毫秒，這樣才有合適的特性被地球上最敏感的引力探測器捕捉到。正因?yàn)槿绱耍?015年來到現(xiàn)在，人類才探測到11起引力波源，引力波事件似乎是隨機(jī)發(fā)生的。

雖然引力波探測器對離地球越近的引力波源越敏感，但目前發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)引力波源都遠(yuǎn)在數(shù)億光年甚至數(shù)十億光年之外。這是為什么呢？我們不應(yīng)該更頻繁地探測到附近的引力波源嗎？

這會(huì)不會(huì)是因?yàn)槲覀兊挠^測角度不對，剛好錯(cuò)過引力波呢？這就好比我們想要在地球上探測到脈沖星，那么，脈沖星的磁軸就必須要掃過地球。

這種假設(shè)不成立，因?yàn)楹雎粤艘碗姶帕χg的根本區(qū)別。在電磁學(xué)中，帶電粒子的加速度產(chǎn)生電磁輻射，或者說光。在廣義相對論中，有質(zhì)量物體在空間中的加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生引力波。然而，電磁輻射的產(chǎn)生具有方向性，而引力波的產(chǎn)生沒有方向性，它們會(huì)以球形的方式朝向空間各個(gè)方向輻射出去。因此，無論從引力波源的那個(gè)方向觀測，都能探測到相同頻率和振幅的引力波。

既然沒有觀測方向上的偶然性，那么，為什么我們在自己的星系中沒有探測到來自雙星源的引力波呢？

事實(shí)上，我們的銀河系中也存在互相繞行的雙黑洞和雙中子星系統(tǒng)。在它們互相繞行過程中，輻射出的引力波（非常微弱）會(huì)帶走一部分軌道能量，從而使它們逐漸旋進(jìn)，軌道半徑越來越小。

早在引力波被直接探測到之前，天文學(xué)家在銀河系中發(fā)現(xiàn)了一種曾經(jīng)被認(rèn)為極其罕見的系統(tǒng)——雙脈沖星系統(tǒng)。通過觀測脈沖時(shí)間的變化，顯示出它們的軌道由于引力輻射而衰減。對多個(gè)雙脈沖星系統(tǒng)進(jìn)行精確測量之后，天文學(xué)家都能看到軌道衰變，這表明它們在發(fā)射引力波。

類似地，天文學(xué)家觀測到一種特殊的X射線源，表明其中一定存在黑洞。天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了X射線雙星系統(tǒng)——兩個(gè)黑洞相在軌道上互相繞行，輻射出的X射線揭示了兩個(gè)組成部分的質(zhì)量。

這些雙星系統(tǒng)其實(shí)在銀河系中不難發(fā)現(xiàn)，它們產(chǎn)生的引力波也在不斷穿過地球上的引力波探測器。之所以我們還未曾探測到它們，原因很簡單，引力波探測器在錯(cuò)誤的頻率范圍內(nèi)。

只有在雙星合并的最后時(shí)刻，輻射出的足夠強(qiáng)大引力波才會(huì)落入LIGO和Virgo的敏感范圍。在中子星或黑洞圍繞彼此運(yùn)行的數(shù)千萬年甚至數(shù)十億年時(shí)間里，它們的軌道在不斷衰減，徑向分離越大，這意味著它們圍繞彼此運(yùn)行的時(shí)間越長，引力波的頻率越低，所以LIGO和Virgo無法探測到。

除非LIGO和Virgo的干涉臂長度達(dá)到幾百萬公里，而不是現(xiàn)在的3至4公里，它們才有能力探測到銀河系中的雙黑洞或者雙中子星互相繞行時(shí)所輻射出的引力波。就目前的情況來看，激光干涉空間天線（LISA）將有能力來探測銀河系中的引力波，并且能夠預(yù)測引力波會(huì)出現(xiàn)在何時(shí)何地。LISA在太空中，三個(gè)特殊的太空探測器組成一個(gè)邊長為500萬公里的等邊三角形，所以LISA的靈敏度將會(huì)遠(yuǎn)高于LIGO和Virgo。

自LIGO和Virgo運(yùn)行以來，還沒有在銀河系中發(fā)現(xiàn)任何的雙黑洞或雙中子星合并。這并不奇怪，因?yàn)檫@種強(qiáng)大的引力波事件非常罕見。據(jù)估計(jì)，可觀測宇宙中每年大約有80萬個(gè)正在合并的雙黑洞系統(tǒng)。但是宇宙中有多達(dá)兩萬億個(gè)星系，這意味著我們需要觀察數(shù)百萬個(gè)星系才能探測到一個(gè)引力波源。

總之，如果人類能夠建造出更靈敏、頻率更低的引力波天文臺(tái)，我們就有可能直接探測到銀河系內(nèi)部的引力波源，因?yàn)殂y河系中有不少的中子星和黑洞相互環(huán)繞。但想要探測到雙星合并事件很困難，因?yàn)檫@種事件十分罕見，雙星軌道衰減需要非常漫長的時(shí)間，通常長達(dá)上億年。