這篇文章的作者是保羅·拉斯基從莫納什大學和瑞恩·香農從聯邦科學與工業研究組織最初由對話。
中子星- 古老、燒毀的恆星的死亡恆星殘骸 - 是宇宙中最極端的物體之一。 它們的重量相當於整個太陽，但又小到足以容納雪梨中央商務區，並且每秒自轉高達 700 次。 想像一下：整顆恆星的旋轉速度比最快的廚房攪拌機還快。
天文學家已知有數千顆中子星，但其中一顆尤其引人注目。 作為帕克斯脈衝星定時陣列，我們一直在觀察J1909-3744 與CSIRO 的帕克斯射電望遠鏡11年了。 在這段時間裡，我們已經把每個細節都算進去了。1160 億次旋轉（準確地說是 115,836,854,515 次）。 我們知道這顆恆星的自轉週期精確到小數點後 15 位，這使其成為真正的宇宙中最準確的時鐘之一。
但是，正如我們在紙今天發表在雜誌上科學，事情不應該是這樣的。重力波從所有的宇宙中的脈衝星應該會破壞這顆脈衝星的計時精度。 但他們沒有。
拉伸和擠壓空間，導致我們和中子星之間的距離改變。 我們尋找的重力波應該會使該距離改變約 10 米，考慮到這顆中子星的尺寸約為 3.6 x 10，這只是一個很小的分數19 號距離地球 公尺（即 3.6，後面有 19 個零）！ 但這應該足以顯示在我們的測量中。
然而，我們的測量如此準確這一事實告訴我們，這個理論有問題。 這並不意味著重力波不存在。 我們對宇宙的理解還有其他面向可能偏離了軌道。 無論這個難題的解決方案是什麼，它肯定會改變我們理解宇宙中最大質量黑洞的方式。
我們銀河系的中心有一個它的重量超過太陽質量的四百萬倍。 但這是輕量級的； 其他星係也含有黑洞超過太陽質量的 170 億倍。 我們有充分的理由相信，大多數（如果不是全部）星系的核心都含有超大質量黑洞。 我們也知道，整個宇宙中的星係是透過相互合併而生長的。
任何兩個星系合併後，母星系的兩個黑洞都會沉入子星系的中心，形成超大質量黑洞雙星對。 在某些時候，雙星對的後續演化將由重力波的發射所主導。
維基共享資源
重力波是時空結構中的微小漣漪，是阿爾伯特愛因斯坦的直接結果廣義相對論。 今年 11 月，我們慶祝了它的 100 歲生日。 當任何兩個黑洞相互旋轉時，它們都應該發射重力波。 它們將能量帶離系統，導致兩個黑洞更靠近。
宇宙中所有雙超大質量黑洞的總和應該會產生重力波背景（類似宇宙微波背景）。 正是這種背景預計會毀掉我們 PSR J1909-3744 的精確計時。 天文物理學家對背景的強度做出了許多預測。 這些預測結合了對星系形成和演化的最先進的測量，以及宇宙如何演化的最複雜的理論模型。。
為什麼沒有引力波？
但我們想非常清楚的是，我們缺乏檢測才不是意味著愛因斯坦的相對論是錯誤的，也不代表重力波不存在。 雖然我們不知道真正的解決方案，但我們有很多想法。
也許宇宙中並非每個星係都包含超大質量黑洞。 減少模型中擁有超大質量黑洞的星係比例會降低預測的黑洞振幅背景，可能使其無法被我們的觀察所偵測到。
也許我們不了解宿主星系的質量與黑洞質量之間的關係。 我們利用星系和黑洞質量之間的經驗關係來確定後者。 雖然我們相信這些在當地宇宙中是強大的，但我們對發生在距我們數十億光年之外的黑洞合併最敏感，在那裡我們對這些經驗關係的理解還遠未完成。
也許我們對推動合併的過程的假設之一過於簡單化。 例如，如果星系中心含有大量氣體，它就會像額外的摩擦力一樣發揮作用，導致黑洞彼此合併的速度比預期更快。 這也會導致重力波背景的振幅小於預期。
目前，這些場景中的每一種都同樣合理。 持續觀察以及用大型光學望遠鏡對遙遠宇宙的觀測，可能很快就能讓我們區分這些想法。 而且，有一天，我們可能最終會找到我們正在尋找的引力波存在的直接證據。
保羅·拉斯基，引力波天文物理學博士後研究員，莫納什大學和瑞恩·香農，科廷大學國際射電天文研究中心研究員，聯邦科學與工業研究組織。
