宇宙引力波背景就要现身了吗?

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IPTA概念图。Carl Knox

最近,“国际脉冲星计时阵列(IPTA)”与绿岸望远镜等机构合作,在宇宙中侦测到了一系列奇怪的低频引力波。研究人员认为,这可能预示着宇宙引力波背景将要现身。

根据广义相对论,两个或多个大质量致密天体,比如黑洞或中子星的合并,会在时空中产生涟漪,也就是引力波。2016年人类首次探测到引力波。从那时开始,许多科研机构便致力于寻找宇宙引力波背景。

宇宙引力波背景是由广泛分布于各个星系中心的超大质量黑洞合并产生的引力波,以及宇宙大爆炸后不久发生的宇宙学事件产生的引力波混合交织在一起形成的。它就像我们日常生活中的环境背景噪音一样。可以与之类比的有宇宙微波背景辐射,以及宇宙红外背景辐射等。

探测宇宙引力波背景所需的设备,其灵敏度要比以往的探测设备更高。因此许多致力于此的探测器对宇宙中一种非常奇妙的天体——毫秒级脉冲星加以了利用。

毫秒级脉冲星是中子星——也就是恒星遗骸的一种。它们的自旋速度极快,每秒钟能自转数百次;且能在很长的时间内,以极为精确的周期向宇宙发送脉冲信号。

由于毫秒级脉冲星脉冲信号的超精准特性,科学家常常把它们当作计时工具,应用在对时间精确度要求极高的领域。它们的脉冲信号也能作为天文级距离的测量工具,以及星际介质的探测手段。而现在,毫秒级脉冲星又开始帮助人们探测宇宙的引力波背景。

脉冲星探测引力波背景的原理是,当引力波扫过脉冲星和地球之间的时空时,由于时空被扭曲,脉冲信号的周期会发生极小但确实存在的变化。

在将多方探测机构提供的数据结合起来分析之后,研究人员发现了这个与低频引力波信号有关的强证据。其特征符合天体物理学中对引力波背景的预言。

虽然得到了新发现的支持,但是目前这一结论尚未得到确认。研究人员还在收集更多的信息,以排除其他可能。研究人员最终想要知道天空中不同区域的脉冲星与信号的强度之间是否存在某种独特的关联。虽然这种空间上的对应关系目前尚未被找到,但是已有的数据与理论是相符的。

LISA引力波天文台,由太空中的一组三个探测器组成。NASA

参考

Are astronomers seeing a signal from giant black holes?

https://greenbankobservatory.org/ipta-gwb/