全球要闻：脉冲星阵列探测发现了时空背景的扭曲

2023-07-03 15:48:13 来源：cnBeta

时空的结构正在不断地扭曲，在难以想象的微小尺度上，来自过去灾难的涟漪冲刷着我们。天体物理学家现在利用一个由死亡恒星组成的星系级探测器，探测到了引力波的背景海。引力波是时空本身的扭曲，爱因斯坦在一个多世纪前首次预言了这一点。但是直到2015年，它们才第一次被直接探测到，因为专门建造的LIGO设施从黑洞之间的碰撞中接收到了引力波。此后的几年里，大约有100次探测。

【资料图】

脉冲星计时阵列拾取引力波背景的艺术家印象，这一点已经首次实现了

这些都是较高频率的信号，是来自黑洞和中子星等密集物体之间碰撞的短而尖锐的"呼喊"。但是，人们早就预测到，应该还有一种引力波的背景嗡嗡声，有低得多的频率信号，从较慢的事件中弥漫在宇宙中。现在，天文学家们已经探测到了这些低语。

这一突破的关键是使用了一种不同类型的探测器。以前的观测是通过LIGO、Virgo和KAGRA进行的，这些地下设施将激光射入长长的隧道，并观察微小的扭曲，这可能表明引力波已经滚过并使光束稍微弯曲。

但是新的探测是在银河系范围内进行的，使用的是脉冲星阵列。这些坍塌恒星的残余物具有强大的磁场，并发射出像灯塔一样旋转的电磁信号束。重复出现的信号是如此精确，可以预测到纳秒的几分之一，使它们成为一种宇宙原子钟。当引力波冲过时--即使是非常低频的引力波也会在物理上拉伸或缩小与这些脉冲星的距离，使信号稍稍提前或推迟到达。

NANOGrav项目对银河系的68颗脉冲星网络进行了15年的观测，观察它们的程序是否出现了微小的中断。这些慢波可能需要几年甚至几十年的时间才能通过，因此，只有通过在这么长的时间内收集数据，研究人员才能够像预测的那样，探测到一致的低频引力波背景信号。

LIGO和其他探测器听到的鸣叫声来自于质量为几个太阳的碰撞物体，而这个背景信号被认为是来自于质量大得多、速度慢得多的超大质量黑洞之间的合并，其质量要大几百万倍。

该团队几年前提出了第一个初步结果，但随着更多的工作，现在已经更有把握地宣布了这一探测。这是在考虑了大量的其他因素之后的结果。

NANOGrav团队成员Michele Vallisneri说："为了弄清引力波的背景，我们必须确定众多混乱的影响，例如脉冲星的运动、银河系中自由电子造成的扰动、射电观测站参考时钟的不稳定性，甚至太阳系中心的精确位置，我们在NASA的朱诺和卡西尼任务的帮助下确定这一位置。"

该团队说，随着更多的望远镜在未来几年上线加入该项目，探测结果只会变得更加精确。

这项研究发表在《天体物理学杂志》的一系列论文中。该团队在下面的视频中描述了这项工作：

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