物理学家观测到宇宙背景的嗡嗡声？

发布时间：2023-07-12 10:30:44 所属栏目：外闻来源：转载

导读： 　　在我们的宏大无穷的天体之间，存在一股神秘之力搅动着星星们，其力量超出了一切巧合的限制。全球多个研究团队独立发现了一种信号，这种信号来自于一种名为脉冲星的闪烁，巨大的、长波长

　　在我们的宏大无穷的天体之间，存在一股神秘之力搅动着星星们，其力量超出了一切巧合的限制。全球多个研究团队独立发现了一种信号，这种信号来自于一种名为脉冲星的闪烁，巨大的、长波长的引力波正在银河系中滚滚而来。虽然我们还不能完全确定这就是引力波，但我们有超过99%的把握认为，我们正在观察的是一种重要的现象。

　　来自澳大利亚、美国、欧洲、中国和印度的研究团队正在同时公布他们的研究成果。范德堡大学的天体物理学家斯蒂芬·泰勒表示：“我们过去15年的使命就是寻找宇宙中引力波的低音嗡鸣，这种嗡鸣正在洗涤我们的银河系，以一种可测量的方式扭曲时空。我们很高兴地宣布，我们的辛勤工作已经取得了回报，我们已经找到了引力波背景的令人兴奋的证据。”

　　引力波天文学是一个相对较新的领域，它的起源可以追溯到2015年，当时科学家首次探测到了由两个碰撞的黑洞产生的时空涟漪。从那时起，我们的地球基地引力波探测器已经探测到了近100个已确认的引力波事件，所有这些事件都是由紧凑的恒星质量对象——黑洞和中子星的合并产生的。

　　引力波是由宇宙中的大规模事件产生的。想象一下，黑洞之间的碰撞就像是在池塘中扔进一块石头，而引力波就像是由此产生的涟漪。媒介是时空本身，涟漪以光速在所有方向上传播，以一种我们可以探测到的方式拉伸和挤压时空。如果你想深入了解，我们在这里详细解释了所有的背景知识。

　　黑洞二元合并和产生的引力波的数值模拟。

　　现在，想象一下宇宙中有多少黑洞正在发生碰撞。还有多少其他大规模的事件正在产生这些涟漪。时空应该充满了引力波的嗡鸣，但问题是，地球实在太小了，无法探测到那些可以延伸光年的纳赫兹级别的长波长引力波，这些引力波预计来自更大规模的事件，比如银河系中心的超大质量黑洞的合并。

　　幸运的是，我们生活在一个比地球大得多的银河系中。在我们的银河系中，有一种可以发出非常精确计时信号的东西，这种信号可以被纳赫兹级别的引力波影响：射电脉冲星。这些是旋转极快的中子星，它们的磁极会喷射出射电光。当它们旋转时，这些光束就像宇宙灯塔一样扫过地球，因为这些脉冲的计时非常精确，我们可以利用它们来探测引力波滚动时空的拉伸和挤压的方式。

　　一个微小的闪烁还不够。但是，如果你有足够多的脉冲星，并且在足够长的时间范围内有相关的闪烁，你就可以收集到大规模引力波的证据。这就是全球各地的不同团队所做的，他们研究了总共115颗脉冲星，其中澳大利亚的帕克斯脉冲星计时阵列研究了长达18年的时间。

　　“脉冲星计时阵列是一个银河系规模的引力波探测器。我们在阵列中的脉冲星之间检测到了一个共同的‘咆哮’——一个超低频的信号，”澳大利亚斯文本大学的天体物理学家丹尼尔·里尔登告诉ScienceAlert。

　　“我们和我们的国际同行现在也看到了这个咆哮的指纹，这个指纹表明它起源于引力波。”

　　我们之前已经有过这个信号的线索。2021年1月，NANOGrav发表了一篇论文，详细描述了他们认为是他们的脉冲性计时数据中引力波背景的第一个线索。2022年1月，国际脉冲星计时阵列也跟进了他们的脉冲星计。

　　即使是现在，经过痛苦的破坏性的工作，确定信号不是由相关联的脉冲性或相关联的数据中的其他频率的噪声可能不会产生的，研究人员得出结论，这个信号是重要的。

　　脉冲性正时阵列的可视化。

　　NANOGrav的信号在67颗脉冲星上的置信水平为4 sigma，或99.349%。PPTA的信号置信水平较低，因为它研究的脉冲星较少；他们的探测是基于只有30颗星星，但时间更长。发现的黄金标准是5 sigma。所以还有很多工作要做。

　　“这还不是引力波的探测，”里尔登说。“这个指纹需要变得更清晰，例如，通过使用更多的数据，来确认这是一个引力波探测。但这仍然非常令人兴奋，因为我们预期这个指纹会在我们的数据集中慢慢出现，就像我们的脉冲星计时阵列合作组织观察到的证据一样。”

　　因为这还不是一个已经确认的引力波探测，所以研究人员还不能确定是什么在引起它。最明显的答案是超大质量黑洞。超大质量黑洞的合并应该以一种频率发生，使得宇宙充满了引力波噪声，就像海洋的咆哮一样。

　　这并不是引力波背景的唯一可能来源。宇宙弦、宇宙的相变、大爆炸后的空间快速膨胀——所有这些都可能产生低频引力波。（大爆炸也可能产生，但波长将是宇宙的大小——我们肯定没有足够大的探测器。）

　　我们现在可能看到的是超大质量黑洞背景。

　　“我们知道每个大型星系的核心都有一个超大质量黑洞。我们也知道星系会发生碰撞，当它们发生碰撞时，我们期望超大质量黑洞会沉入中心，开始围绕彼此旋转，发射引力波，”里尔登解释道。

　　“我们在宇宙中看得越远，就能看到越多的超大质量黑洞系统。在遥远的宇宙中，大量的超大质量黑洞轨道系统会产生一个随机的引力波海洋，这些引力波会冲刷地球和我们银河系中的脉冲星。”从而导致我们无法观测到它们。然而，这些引力波并不是来自于黑洞本身，而是来自于它们周围的气体和尘埃。

（编辑：成都站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!