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全球要聞：脈沖星陣列探測(cè)發(fā)現(xiàn)了時(shí)空背景的扭曲

2023-07-03 15:48:13 來源：cnBeta

時(shí)空的結(jié)構(gòu)正在不斷地扭曲，在難以想象的微小尺度上，來自過去災(zāi)難的漣漪沖刷著我們。天體物理學(xué)家現(xiàn)在利用一個(gè)由死亡恒星組成的星系級(jí)探測(cè)器，探測(cè)到了引力波的背景海。引力波是時(shí)空本身的扭曲，愛因斯坦在一個(gè)多世紀(jì)前首次預(yù)言了這一點(diǎn)。但是直到2015年，它們才第一次被直接探測(cè)到，因?yàn)閷ｉT建造的LIGO設(shè)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(cè)。

【資料圖】

脈沖星計(jì)時(shí)陣列拾取引力波背景的藝術(shù)家印象，這一點(diǎn)已經(jīng)首次實(shí)現(xiàn)了

這些都是較高頻率的信號(hào)，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?cè)缇皖A(yù)測(cè)到，應(yīng)該還有一種引力波的背景嗡嗡聲，有低得多的頻率信號(hào)，從較慢的事件中彌漫在宇宙中。現(xiàn)在，天文學(xué)家們已經(jīng)探測(cè)到了這些低語。

這一突破的關(guān)鍵是使用了一種不同類型的探測(cè)器。以前的觀測(cè)是通過LIGO、Virgo和KAGRA進(jìn)行的，這些地下設(shè)施將激光射入長(zhǎng)長(zhǎng)的隧道，并觀察微小的扭曲，這可能表明引力波已經(jīng)滾過并使光束稍微彎曲。

但是新的探測(cè)是在銀河系范圍內(nèi)進(jìn)行的，使用的是脈沖星陣列。這些坍塌恒星的殘余物具有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，并發(fā)射出像燈塔一樣旋轉(zhuǎn)的電磁信號(hào)束。重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)是如此精確，可以預(yù)測(cè)到納秒的幾分之一，使它們成為一種宇宙原子鐘。當(dāng)引力波沖過時(shí)--即使是非常低頻的引力波也會(huì)在物理上拉伸或縮小與這些脈沖星的距離，使信號(hào)稍稍提前或推遲到達(dá)。

NANOGrav項(xiàng)目對(duì)銀河系的68顆脈沖星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了15年的觀測(cè)，觀察它們的程序是否出現(xiàn)了微小的中斷。這些慢波可能需要幾年甚至幾十年的時(shí)間才能通過，因此，只有通過在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)收集數(shù)據(jù)，研究人員才能夠像預(yù)測(cè)的那樣，探測(cè)到一致的低頻引力波背景信號(hào)。

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

該團(tuán)隊(duì)幾年前提出了第一個(gè)初步結(jié)果，但隨著更多的工作，現(xiàn)在已經(jīng)更有把握地宣布了這一探測(cè)。這是在考慮了大量的其他因素之后的結(jié)果。

NANOGrav團(tuán)隊(duì)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(yùn)動(dòng)、銀河系中自由電子造成的擾動(dòng)、射電觀測(cè)站參考時(shí)鐘的不穩(wěn)定性，甚至太陽系中心的精確位置，我們?cè)贜ASA的朱諾和卡西尼任務(wù)的幫助下確定這一位置。"

該團(tuán)隊(duì)說，隨著更多的望遠(yuǎn)鏡在未來幾年上線加入該項(xiàng)目，探測(cè)結(jié)果只會(huì)變得更加精確。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》的一系列論文中。該團(tuán)隊(duì)在下面的視頻中描述了這項(xiàng)工作：

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