扭曲時空圖解。圖片來源：vchalup
科學家利用一個「星系大小」的空間觀測站，從引力波或貫穿宇宙並扭曲時空結構的強大漣漪中，找到獨特信號的潛在線索。最近發表於《天體物理學快報》的這項新發現，來自美國和加拿大一個名為北美納赫茲引力波納米天文臺（NANOGrav）的項目。
13年來，NANOGrav研究人員深入研究遍布銀河系的數十顆脈衝星發出的光，試圖探測引力波背景。根據理論，這就是科學家所說的穩定的引力輻射通量，其不斷「衝刷」地球。
論文主要作者、科羅拉多大學博爾德分校天體物理學家Joseph Simon表示，「我們在數據集中發現了一個很強的信號，但還不能說這是引力波背景。」不過，這已比任何時候都接近目標了。
2017年，科學家首次直接探測到引力波，獲得諾貝爾物理學獎。這是兩個黑洞在距離地球約1.3億光年的地方相互撞擊產生的宇宙衝擊波，傳到了太陽系。
那相當於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上持續不斷的嗡嗡聲。
Simon補充說，探測到這種背景噪聲將是一項重大的科學成就，為了解宇宙運行方式打開了一扇新的窗口。例如，這些波可以為科學家提供新的工具，以研究許多星系中心的超大質量黑洞是如何隨時間合併的。
「這些引力波背景的初步跡象表明，超大質量黑洞可能確實會合併，而我們搖曳在一片引力波海洋中，它們恰是來自這種合併的漣漪。」NANOGrav團隊成員Julie Comerford說。
Simon表示，至少根據理論，星系和其他宇宙事件的合併會產生穩定的引力波。它們是巨大的，一個單一的波可能經過數年甚至更長時間才能到達地球。沒有其他現有的實驗可以直接檢測到它們。
「其他天文臺都在搜索幾秒鐘的引力波，我們正在尋找數年或數十年量級的。」Simon及其同事必須具備創造力。NANOGrav團隊在地面使用望遠鏡不是尋找引力波、直接捕捉「嗡嗡聲」，而是觀察脈衝星。
脈衝星是恆星的殘核，也是宇宙中的「燈塔」。它們以難以置信的速度旋轉，以「眨眼」模式發送光束掃過地球，這些光束能在億萬年中基本保持不變。引力波對時空的拉伸和擠壓，會導致各個脈衝星的光束到達地球的時間發生偏差。科學家可能只需監測脈衝星到達地球的時間相關變化，就能發現引力波背景。
「這些脈衝星的旋轉速度和廚房裡的攪拌機一樣快。」他說，「我們正在研究時間偏差，只有幾百納秒。」
為了找到這種微妙的信號，NANOGrav團隊儘可能長時間地觀察儘可能多的脈衝星。因此，他們對45顆脈衝星進行了至少3年觀測，其中部分觀測持續了10年以上。
功夫不負有心人。研究人員在數據集中發現了一個清晰信號，顯示許多脈衝星發出的光束在到達地球的過程中，受到了某種持續進程的影響，儘管他們仍不能確定是什麼引起了該信號。他們需要添加更多的脈衝星到數據集中，並對其進行更長時間的觀察，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。第二步是找出導致這些波動的原因，並從中發現有關宇宙的信息。」Simon說。
相關論文信息：https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
【來源：中國科學院科技產業網】
聲明：轉載此文是出於傳遞更多信息之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯繫，我們將及時更正、刪除，謝謝。 郵箱地址：newmedia@xxcb.cn