根据我们所知,宇宙应该充满它们。每对碰撞或中子星,每一个核心塌陷的超新星 - 甚至是它本身——应该会在时空中激起涟漪。
经过这么长时间,这些波将变得微弱且难以发现,但预计它们都会产生一种共鸣的“嗡嗡声”,渗透到我们的宇宙中,被称为“嗡嗡声”。背景。我们可能刚刚发现了它的第一个迹象。
你可以把引力波背景想象成整个宇宙历史中大规模事件留下的铃声——对于我们理解宇宙来说可能是无价的,但探测起来却极其困难。
“看到数据中出现如此强烈的信号真是令人兴奋,”天体物理学家约瑟夫·西蒙说科罗拉多大学博尔德分校和 NANOGrav 合作。
“然而,由于我们正在寻找的引力波信号跨越了我们观测的整个持续时间,因此我们需要仔细了解我们的噪声。这使我们处于一个非常有趣的地方,我们可以强烈排除一些已知的噪声源,但是我们还不能确定该信号是否确实来自引力波,为此,我们需要更多数据。”
尽管如此,科学界还是很兴奋。自发表以来已有 80 多篇引用该研究的论文发表团队的预印本已发布到 arXiv去年九月。
国际团队一直在努力分析数据,试图反驳或证实团队的结果。如果事实证明该信号是真实的,它可能会开启引力波天文学的一个全新阶段,或者向我们揭示全新的天体物理现象。
该信号来自对一种称为“死星”的死星的观测。。这些中子星的定向方式是,当它们以与厨房搅拌机相当的毫秒速度旋转时,它们的两极会闪烁无线电波束。
这些闪光的定时极其精确,这意味着是可能是宇宙中最有用的恒星。它们的时间变化可用于导航、探测星际介质和研究重力。而且,自从发现引力波以来,天文学家也一直在利用它们来寻找引力波。
这是因为引力波在传播时会扭曲时空,理论上这应该会改变脉冲星发出的射电脉冲的时间,只是非常轻微。
天体物理学家表示:“[引力波]背景会拉伸和收缩脉冲星和地球之间的时空,导致来自脉冲星的信号比没有引力波时会晚一点(拉伸)或更早一点(收缩)到达。”斯威本科技大学和 OzGrav 合作机构的 Ryan Shannon(未参与这项研究)向 ScienceAlert 解释道。
一颗具有不规则节拍的脉冲星不一定有多大意义。但如果一大堆脉冲星显示出时间变化的相关模式,那就可能构成引力波背景的证据。
这样的脉冲星集合被称为脉冲星计时阵列,这就是 NANOGrav 团队一直在观测的——银河系中 45 个最稳定的毫秒脉冲星。
他们还没有完全检测到可以确认引力波背景的信号。
但香农解释说,他们检测到了一些东西——一种“共同噪声”信号,该信号因脉冲星而异,但每次都表现出相似的特征。西蒙指出,这些偏差导致在 13 年的观测过程中出现了几百纳秒的变化。
还有其他东西可以产生这个信号。例如,脉冲星计时阵列需要从不加速的参考系进行分析,这意味着任何数据都需要转移到太阳系的中心(称为重心),而不是地球。
如果重心计算不准确——这比听起来更棘手,因为它是太阳系中所有移动物体的质心——那么你可能会得到错误信号。去年,NANOGrav 团队宣布他们计算出的太阳系重心误差在 100 米(328 英尺)以内。
这种差异仍然有可能是他们发现的信号的来源,并且需要做更多的工作来解决这个问题。
因为如果信号确实来自某种共振引力波嗡嗡声,那将是一件大事,因为这些背景引力波的来源很可能是超大质量黑洞(SMBH)。
由于引力波向我们展示了我们无法用电磁波探测到的现象,例如碰撞——这可以帮助解决诸如最终秒差距问题,这表明超大质量黑洞可能无法合并,并帮助我们更好地了解星系的演化和增长。
沿着这条路走下去,我们甚至可能能够探测到产生的引力波就在大爆炸之后,为我们提供了了解早期宇宙的独特窗口。
需要明确的是,在我们达到这一点之前,还有很多科学工作要做。
香农说:“这可能是迈向纳赫兹频率引力波探测的第一步。” “我提醒公众和科学家不要过度解释结果。我认为在未来一两年内,关于信号性质的证据将会出现。”
其他团队也在致力于使用脉冲星计时阵列来探测引力波。 OzGrav 是帕克斯脉冲星定时阵列,即将发布其 14 年数据集的分析。这欧洲脉冲星计时阵列也在努力工作。 NANOGrav 的结果只会增加人们的兴奋和期待,因为人们会发现有什么东西可以找到。
“看到我们的数据中出现如此强烈的信号真是令人难以置信的兴奋,但对我来说最令人兴奋的是接下来的步骤,”西蒙告诉 ScienceAlert。
“虽然我们还需要进一步进行明确的检测,但这只是第一步。除此之外,我们还有机会查明 GWB 的来源,除此之外,我们还可以发现它们可以告诉我们什么宇宙。”
该团队的研究成果发表于天体物理学杂志通讯。