?扭曲時(shí)空圖解?? 圖片來源：vchalup

科學(xué)家利用一個(gè)“星系大小”的空間觀測站，從引力波或貫穿宇宙并扭曲時(shí)空結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大漣漪中，找到獨(dú)特信號(hào)的潛在線索。最近發(fā)表于《天體物理學(xué)快報(bào)》的這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，來自美國和加拿大一個(gè)名為北美納赫茲引力波納米天文臺(tái)（NANOGrav）的項(xiàng)目。

13年來，NANOGrav研究人員深入研究遍布銀河系的數(shù)十顆脈沖星發(fā)出的光，試圖探測引力波背景。根據(jù)理論，這就是科學(xué)家所說的穩(wěn)定的引力輻射通量，其不斷“沖刷”地球。

論文主要作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分校天體物理學(xué)家Joseph Simon表示，“我們在數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很強(qiáng)的信號(hào)，但還不能說這是引力波背景?！辈贿^，這已比任何時(shí)候都接近目標(biāo)了。

2017年，科學(xué)家首次直接探測到引力波，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是兩個(gè)黑洞在距離地球約1.3億光年的地方相互撞擊產(chǎn)生的宇宙沖擊波，傳到了太陽系。

那相當(dāng)于一次劇烈而短暫的爆炸。相比之下，Simon和他的同事正在尋找的引力波更像是擁擠的雞尾酒會(huì)上持續(xù)不斷的嗡嗡聲。

Simon補(bǔ)充說，探測到這種背景噪聲將是一項(xiàng)重大的科學(xué)成就，為了解宇宙運(yùn)行方式打開了一扇新的窗口。例如，這些波可以為科學(xué)家提供新的工具，以研究許多星系中心的超大質(zhì)量黑洞是如何隨時(shí)間合并的。

“這些引力波背景的初步跡象表明，超大質(zhì)量黑洞可能確實(shí)會(huì)合并，而我們搖曳在一片引力波海洋中，它們恰是來自這種合并的漣漪。”NANOGrav團(tuán)隊(duì)成員Julie Comerford說。

Simon表示，至少根據(jù)理論，星系和其他宇宙事件的合并會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的引力波。它們是巨大的，一個(gè)單一的波可能經(jīng)過數(shù)年甚至更長時(shí)間才能到達(dá)地球。沒有其他現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)可以直接檢測到它們。

“其他天文臺(tái)都在搜索幾秒鐘的引力波，我們正在尋找數(shù)年或數(shù)十年量級的?！盨imon及其同事必須具備創(chuàng)造力。NANOGrav團(tuán)隊(duì)在地面使用望遠(yuǎn)鏡不是尋找引力波、直接捕捉“嗡嗡聲”，而是觀察脈沖星。

脈沖星是恒星的殘核，也是宇宙中的“燈塔”。它們以難以置信的速度旋轉(zhuǎn)，以“眨眼”模式發(fā)送光束掃過地球，這些光束能在億萬年中基本保持不變。引力波對時(shí)空的拉伸和擠壓，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)脈沖星的光束到達(dá)地球的時(shí)間發(fā)生偏差?？茖W(xué)家可能只需監(jiān)測脈沖星到達(dá)地球的時(shí)間相關(guān)變化，就能發(fā)現(xiàn)引力波背景。

“這些脈沖星的旋轉(zhuǎn)速度和廚房里的攪拌機(jī)一樣快?！彼f，“我們正在研究時(shí)間偏差，只有幾百納秒。”

為了找到這種微妙的信號(hào)，NANOGrav團(tuán)隊(duì)盡可能長時(shí)間地觀察盡可能多的脈沖星。因此，他們對45顆脈沖星進(jìn)行了至少3年觀測，其中部分觀測持續(xù)了10年以上。

功夫不負(fù)有心人。研究人員在數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)清晰信號(hào)，顯示許多脈沖星發(fā)出的光束在到達(dá)地球的過程中，受到了某種持續(xù)進(jìn)程的影響，盡管他們?nèi)圆荒艽_定是什么引起了該信號(hào)。他們需要添加更多的脈沖星到數(shù)據(jù)集中，并對其進(jìn)行更長時(shí)間的觀察，以確定是否是引力波背景。

“能夠檢測到引力波背景只是第一步。第二步是找出導(dǎo)致這些波動(dòng)的原因，并從中發(fā)現(xiàn)有關(guān)宇宙的信息。”Simon說。



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