这篇文章的作者是保罗·拉斯基从莫纳什大学和瑞恩·香农从联邦科学与工业研究组织最初由对话。
中子星- 古老、烧毁的恒星的死亡恒星残骸 - 是宇宙中最极端的物体之一。 它们的重量相当于整个太阳，但又小到足以容纳悉尼中央商务区，并且每秒自转高达 700 次。 想象一下：整颗恒星的旋转速度比最快的厨房搅拌机还快。
天文学家已知有几千颗中子星，但其中一颗尤其引人注目。 作为帕克斯脉冲星定时阵列，我们一直在观察J1909-3744 与CSIRO 的帕克斯射电望远镜11年了。 在这段时间里，我们已经把每一个细节都算进去了。1160 亿次旋转（准确地说是 115,836,854,515 次）。 我们知道这颗恒星的自转周期精确到小数点后 15 位，这使其成为真正的宇宙中最准确的时钟之一。
但是，正如我们在纸今天发表在杂志上科学，事情不应该是这样的。引力波从所有的宇宙中的脉冲星应该会破坏这颗脉冲星的计时精度。 但他们没有。
拉伸和挤压空间，导致我们和中子星之间的距离发生变化。 我们寻找的引力波应该使该距离改变约 10 米，考虑到这颗中子星的尺寸约为 3.6 x 10，这只是一个很小的分数19 号距离地球 米（即 3.6，后面有 19 个零）！ 但这应该足以显示在我们的测量中。
然而，我们的测量如此准确这一事实告诉我们，这个理论有问题。 这并不意味着引力波不存在。 我们对宇宙的理解还有其他方面可能偏离了轨道。 无论这个难题的解决方案是什么，它肯定会改变我们理解宇宙中最大质量黑洞的方式。
我们银河系的中心有一个它的重量超过太阳质量的四百万倍。 但这是轻量级的； 其他星系也含有黑洞超过太阳质量的 170 亿倍。 我们有充分的理由相信，大多数（如果不是全部）星系的核心都含有超大质量黑洞。 我们还知道，整个宇宙中的星系是通过相互合并而生长的。
任何两个星系合并后，母星系的两个黑洞都会沉入子星系的中心，形成超大质量黑洞双星对。 在某些时候，双星对的后续演化将由引力波的发射主导。
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引力波是时空结构中的微小涟漪，是阿尔伯特·爱因斯坦的直接结果广义相对论。 今年 11 月，我们庆祝了它的 100 岁生日。 当任何两个黑洞相互旋转时，它们都应该发射引力波。 它们将能量带离系统，导致两个黑洞靠得更近。
宇宙中所有双超大质量黑洞的总和应该会产生引力波背景（类似于宇宙微波背景）。 正是这种背景预计会毁掉我们 PSR J1909-3744 的精确计时。 天体物理学家对背景的强度做出了许多预测。 这些预测结合了对星系形成和演化的最先进的测量，以及宇宙如何演化的最复杂的理论模型。。
为什么没有引力波？
但我们想非常清楚的是，我们缺乏检测才不是意味着爱因斯坦的相对论是错误的，也不意味着引力波不存在。 虽然我们不知道真正的解决方案，但我们有很多想法。
也许宇宙中并非每个星系都包含超大质量黑洞。 减少模型中拥有超大质量黑洞的星系比例会降低预测的黑洞振幅背景，可能使其无法被我们的观察检测到。
也许我们不了解宿主星系的质量与黑洞质量之间的关系。 我们利用星系和黑洞质量之间的经验关系来确定后者。 虽然我们相信这些在当地宇宙中是强大的，但我们对发生在距我们数十亿光年之外的黑洞合并最敏感，在那里我们对这些经验关系的理解还远未完成。
也许我们对推动合并的过程的假设之一过于简单化。 例如，如果星系中心含有大量气体，它就会像一种额外的摩擦力一样发挥作用，导致黑洞彼此合并的速度比预期更快。 这也会导致引力波背景的振幅小于预期。
目前，这些场景中的每一种都同样合理。 持续观察以及用大型光学望远镜对遥远宇宙的观测，可能很快就能让我们区分这些想法。 而且，有一天，我们可能最终会找到我们正在寻找的引力波存在的直接证据。
保罗·拉斯基，引力波天体物理学博士后研究员，莫纳什大学和瑞恩·香农，科廷大学国际射电天文研究中心研究员，联邦科学与工业研究组织。
