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全球要聞：脈沖星陣列探測發現了時空背景的扭曲

2023-07-03 15:48:13 來源：cnBeta

時空的結構正在不斷地扭曲，在難以想象的微小尺度上，來自過去災難的漣漪沖刷著我們。天體物理學家現在利用一個由死亡恒星組成的星系級探測器，探測到了引力波的背景海。引力波是時空本身的扭曲，愛因斯坦在一個多世紀前首次預言了這一點。但是直到2015年，它們才第一次被直接探測到，因為專門建造的LIGO設施從黑洞之間的碰撞中接收到了引力波。此后的幾年里，大約有100次探測。

【資料圖】

脈沖星計時陣列拾取引力波背景的藝術家印象，這一點已經首次實現了

這些都是較高頻率的信號，是來自黑洞和中子星等密集物體之間碰撞的短而尖銳的"呼喊"。但是，人們早就預測到，應該還有一種引力波的背景嗡嗡聲，有低得多的頻率信號，從較慢的事件中彌漫在宇宙中。現在，天文學家們已經探測到了這些低語。

這一突破的關鍵是使用了一種不同類型的探測器。以前的觀測是通過LIGO、Virgo和KAGRA進行的，這些地下設施將激光射入長長的隧道，并觀察微小的扭曲，這可能表明引力波已經滾過并使光束稍微彎曲。

但是新的探測是在銀河系范圍內進行的，使用的是脈沖星陣列。這些坍塌恒星的殘余物具有強大的磁場，并發射出像燈塔一樣旋轉的電磁信號束。重復出現的信號是如此精確，可以預測到納秒的幾分之一，使它們成為一種宇宙原子鐘。當引力波沖過時--即使是非常低頻的引力波也會在物理上拉伸或縮小與這些脈沖星的距離，使信號稍稍提前或推遲到達。

NANOGrav項目對銀河系的68顆脈沖星網絡進行了15年的觀測，觀察它們的程序是否出現了微小的中斷。這些慢波可能需要幾年甚至幾十年的時間才能通過，因此，只有通過在這么長的時間內收集數據，研究人員才能夠像預測的那樣，探測到一致的低頻引力波背景信號。

LIGO和其他探測器聽到的鳴叫聲來自于質量為幾個太陽的碰撞物體，而這個背景信號被認為是來自于質量大得多、速度慢得多的超大質量黑洞之間的合并，其質量要大幾百萬倍。

該團隊幾年前提出了第一個初步結果，但隨著更多的工作，現在已經更有把握地宣布了這一探測。這是在考慮了大量的其他因素之后的結果。

NANOGrav團隊成員Michele Vallisneri說："為了弄清引力波的背景，我們必須確定眾多混亂的影響，例如脈沖星的運動、銀河系中自由電子造成的擾動、射電觀測站參考時鐘的不穩定性，甚至太陽系中心的精確位置，我們在NASA的朱諾和卡西尼任務的幫助下確定這一位置。"

該團隊說，隨著更多的望遠鏡在未來幾年上線加入該項目，探測結果只會變得更加精確。

這項研究發表在《天體物理學雜志》的一系列論文中。該團隊在下面的視頻中描述了這項工作：

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