（神秘的歷史力波地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（Sharmila Kuthunur）：天文學(xué)家第一次聽到了在整個(gè)宇宙中回蕩的微弱的引力波的嗡嗡聲。
近十年來，上第科學(xué)家一直在尋找引力波背景，次天沖星這是文學(xué)一種微弱但持久的引力波回聲，被認(rèn)為是家利由大爆炸和宇宙中超大質(zhì)量黑洞合并后不久發(fā)生的事件引發(fā)的。雖然物理學(xué)家很早就提出了這樣一種背景，河系天文學(xué)家也在尋找這種背景，中毫但組成這種背景的秒脈引力波信號很難檢測到，因?yàn)樗鼈兒芪⑷酰綔y而且以十年為時(shí)間尺度振動。到低現(xiàn)在，頻引長期的歷史力波觀測終于證實(shí)了它們的存在。
在周三(6月28日)一項(xiàng)備受期待和全球協(xié)調(diào)的上第公告中，世界各地的次天沖星科學(xué)家團(tuán)隊(duì)報(bào)告了這些流經(jīng)銀河系的宇宙波紋的“低聲嗡嗡聲”的發(fā)現(xiàn)。
田納西州范德比爾特大學(xué)(Vanderbilt University)的文學(xué)引力波天體物理學(xué)家、該研究的共同負(fù)責(zé)人斯蒂芬·泰勒表示，盡管天文學(xué)家并不確定是什么導(dǎo)致了這種嗡嗡聲，但探測到的信號是“令人信服的證據(jù)”，并且與理論上對大量“整個(gè)宇宙中最大的黑洞”產(chǎn)生的引力波的預(yù)期一致，這些黑洞的重量高達(dá)數(shù)十億個(gè)太陽。

藝術(shù)家對一系列脈沖星的解釋，這些脈沖星受到遙遠(yuǎn)星系中超大質(zhì)量黑洞雙星產(chǎn)生的重力波紋的影響。(圖片來源:Aurore Simonnet，NANOGrav合作組織)
中國、印度、歐洲和澳大利亞的科學(xué)家發(fā)表的一系列論文也揭示了同樣的信號。他們說，這些信號可能來自合并的超大質(zhì)量黑洞，這些黑洞在宇宙舞蹈中被捕捉到，在縮小數(shù)百萬年的軌道上相互環(huán)繞。在這個(gè)過程中，它們以引力波的形式釋放能量，在整個(gè)宇宙中回蕩——天文學(xué)家現(xiàn)在說他們已經(jīng)探測到了這種波。
科學(xué)家報(bào)告說，隨著時(shí)間的推移，觀測到的引力波背景嗡嗡聲越來越重要，提供了誘人的證據(jù)，證明在未來幾十萬年內(nèi)，可能會有數(shù)十萬甚至數(shù)百萬個(gè)超大質(zhì)量黑洞合并，盡管這些巨大的物體本身尚未被發(fā)現(xiàn)。
作為引力波探測器的宇宙燈塔
為了檢測引力波背景，天文學(xué)家研究了被稱為毫秒脈沖星的快速旋轉(zhuǎn)的恒星，這是一種每秒鐘旋轉(zhuǎn)高達(dá)700次的死星，具有驚人的規(guī)律性，從其磁極發(fā)出光束，當(dāng)它們在地球方向閃爍時(shí)，被視為“脈沖”。
這種宇宙燈塔可以幫助發(fā)現(xiàn)來自超大質(zhì)量黑洞的引力波，比我們的太陽大幾百萬到幾十億倍。相比之下，激光干涉引力波觀測站(LIGO)網(wǎng)絡(luò)只能探測到來自比太陽大10倍的較小黑洞的引力波。
如果地球和脈沖星之間的巨大空間絕對是空的，那么來自閃爍的宇宙時(shí)鐘的光每次向我們的方向發(fā)出脈沖，都需要相同的時(shí)間到達(dá)地球。實(shí)際上，脈沖的時(shí)間受到一些因素的影響，如星際介質(zhì)中的氣體和塵埃，脈沖星以及地球在銀河系中的運(yùn)動。
引力波也會拉伸和壓縮我們和脈沖星之間的時(shí)空結(jié)構(gòu)，扭曲它們原本非常規(guī)則的脈沖，扭曲時(shí)間從幾十納秒到五年甚至更長，導(dǎo)致閃光比正常時(shí)間提前或推遲到達(dá)。
在這項(xiàng)新研究中，揭示信號來源是超大質(zhì)量黑洞的“關(guān)鍵證據(jù)”是一種獨(dú)特的模式，這種模式是從銀河系中近70毫秒脈沖星的星系大小的宇宙天線的脈沖到達(dá)時(shí)間中發(fā)現(xiàn)的，據(jù)一個(gè)名為北美納赫茲引力波天文臺(NANOGrav)的天文學(xué)家聯(lián)盟稱。科學(xué)家們說，來自黑洞雙星的引力波信號重疊“就像人群中的聲音”，并導(dǎo)致連續(xù)不斷的嗡嗡聲，作為一種獨(dú)特的模式嵌入脈沖星計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)中。
科學(xué)家通過觀察成對脈沖星發(fā)出的燈塔般的光束提取了這種模式。他們使用各種射電望遠(yuǎn)鏡，如現(xiàn)已倒塌的波多黎各阿雷西博天文臺、西弗吉尼亞州的格林班克天文臺、新墨西哥州的Karl G. Jansky甚大陣列和加拿大的加拿大氫強(qiáng)度繪圖實(shí)驗(yàn)(CHIME ),在15年中每月收集這些脈沖的時(shí)間數(shù)據(jù)。然后，他們計(jì)算了脈沖的實(shí)際到達(dá)時(shí)間和預(yù)測到達(dá)時(shí)間之間的差異——科學(xué)家們說，他們可以在1微秒內(nèi)估計(jì)出這一差異，相當(dāng)于在千分之一毫米內(nèi)測量到月球的距離。
泰勒說，備受追捧的引力波信號就隱藏在這些差異中。這是科學(xué)家首次為引力波背景下蝕刻的這種不一致模式找到令人信服的證據(jù)，早在1916年，愛因斯坦的廣義相對論就預(yù)測了引力波對脈沖星閃光的影響。
“我們非常興奮地看到這種模式終于出現(xiàn)了，”泰勒說。

NANOGrav的15年數(shù)據(jù)集中包含的銀河系脈沖星位置圖。藍(lán)色的星星表示脈沖星，而中間的黃色星星代表地球的位置。(圖片鳴謝:NANOGrav)
跨過最后的門檻
科學(xué)家們知道，當(dāng)黑洞合并時(shí)，它們的引力與附近的恒星相互作用，這會耗盡黑洞的軌道能量，并使它們越來越接近成為單一黑洞的點(diǎn)。一個(gè)簡單的模型表明，當(dāng)黑洞之間的距離在3.2光年以內(nèi)時(shí)，它們會通過輻射引力波來合并。然而，其他模型表明，黑洞跨越的時(shí)間尺度比宇宙本身更長，因?yàn)楫?dāng)它們到達(dá)3.2光年的標(biāo)記時(shí)，它們會停止合并。
“科學(xué)家一度擔(dān)心雙星中的超大質(zhì)量黑洞會永遠(yuǎn)圍繞彼此旋轉(zhuǎn)，永遠(yuǎn)不會靠近到足以產(chǎn)生這樣的信號，”盧克·Zoltan·凱利在一份聲明中說，他是加州大學(xué)伯克利分校的助理教授，也是NANOGrav合作的一部分。
因此，那些黑洞如何在超過那個(gè)距離后縮小它們的軌道并最終合并——被稱為“最終秒差距問題”——還沒有得到很好的理解。
“為了獲得我們正在看到的這種高振幅類型，我們需要相當(dāng)大的黑洞，它們需要非常頻繁地形成雙星并非常有效地演化，”凱利說。
他補(bǔ)充說，如果這一發(fā)現(xiàn)成功，并且被探測到的信號最終確實(shí)來自二元黑洞，“那么它們肯定以某種方式通過了最終的秒差距”。
關(guān)于引力波背景發(fā)現(xiàn)的四項(xiàng)獨(dú)立研究已經(jīng)發(fā)表在天體物理學(xué)雜志《快報(bào)》上，另外兩項(xiàng)研究已經(jīng)被《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》接受，將在晚些時(shí)候發(fā)表。

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