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國際科學家團隊公布引力波背景輻射劃時代發現——聆聽到宇宙中回響的引力波永恒合唱|今日視點_世界即時

2023-06-30 07:48:05來源：科技日報

一對超大質量黑洞（左上）發射出引力波，在時空結構中蕩漾（藝術想象圖）。圖片來源：NANOGrav

(相關資料圖)

科技日報記者?張夢然

有一種東西，你看不到也感覺不到它，但你周圍的一切，包括你自己的身體，都因它慢慢地縮小和擴大。這是穿過我們星系的引力波產生的奇怪時空扭曲效應。

經過15年的數據收集，現在，科學家們第一次“聆聽”到了在宇宙中蕩漾著的引力波永恒合唱，聲音比預期要大得多。

這是針對引力波背景的劃時代重大發現。

這是人類能測量的上限

引力波背景輻射是由許多不同的引力波源疊加而成的，它們的頻率和強度都不相同，但都很低，它們應該存在于我們周圍，并可能會告訴我們它恒久隱藏著的重要信息。但遺憾的是，關于其存在和組成，一直只是理論化的產物。

29日發表在《天體物理學雜志快報》上的一系列新論文中，科學家報告了他們的成果。此次探測到的引力波背景最可能的來源是陷入“死亡螺旋”的一對超大質量黑洞。這些黑洞龐大到能達到數十億個太陽質量。由于幾乎所有星系，包括銀河系中心都盤踞著這樣一個黑洞怪物。因此當兩個星系合并時，它們的超大質量黑洞會相遇并開始相互繞轉。一旦兩個黑洞足夠接近，就有可能被脈沖星計時陣列觀測到。

如果將引力波背景比喻成古老而神秘的歌聲，那么“合唱團”每天都在以不同的頻率演出。現在，通過對脈沖星的監測，科學家終于聽到了歌聲，換句話說，就是拿到引力波背景的第一個證據。

北美納赫茲引力波天文臺（NANOGrav）的科學家表示，目前他們還只能測量整體引力波背景，而不能測量單個“歌手”或“樂器”的輻射。即便如此，也足以令整個天文物理學界驚喜。

因為“引力波背景的聲音大約是我預期的兩倍”，現為耶魯大學助理教授明加雷利說，“這是我們的模型能從超大質量黑洞中創建的模型的上限。”

科學家們等于開啟了一個未知領域。由于實驗限制，他們無法估計是否有可能別的其他東西也正在產生強大引力波，例如弦理論預測的機制或宇宙誕生的其他解釋。

接下來，才是慢慢解謎的開始。

一次銀河系級別的實驗

這次捕捉到的引力波與之前測量到的任何引力波都大不相同。

激光干涉引力波天文臺和歐洲室女座干涉儀等地面儀器前幾次檢測到的是高頻波，引力波背景則是由超低頻波組成的。其中一個波浪的單次起伏，可能也需要數年甚至數十年的時間才能傳遞過去。由于引力波以光速傳播，單個波長可能長達數十光年。

地球上沒有任何實驗能夠探測到如此巨大的波，但“宇宙燈塔”脈沖星可以。

脈沖星是一種高速旋轉、高度穩定、強烈輻射電磁波的星體。脈沖到達地球的規律就像節拍器一樣精確，當引力波在地球和脈沖星之間通過時，無線電波計時就會立刻被擾亂。脈沖星計時陣列也就成為了當前最有希望探測到引力波背景的方法。

15年來，天文學家們對銀河系中數十個毫秒脈沖星的無線電波進行了密切計時，此次的新發現就來自對67顆脈沖星陣列進行詳細分析的結果。

為了這一結果，科學家們每年需要在世界上最大的望遠鏡上花費數千小時。因為，盡管聽起來很強大，但“脈沖星其實也是非常微弱的射電源”，NANOGrav物理前沿中心聯合主任莫拉·麥克勞林說。