引力波搜索发现诱人的新线索

一个国际科学家团队可能即将检测到充满宇宙的时空微弱的涟漪。

比太阳大数十亿倍的双黑洞可能正在彼此绕圈，从而在太空本身中产生涟漪。北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）使用地面无线电望远镜已经花费了十多年的时间，以寻找由庞然大物的黑洞产生的时空涟漪的证据。本周，该项目宣布检测到可能归因于重力波的信号，尽管成员还没有准备好声称成功。

引力波最早是由爱因斯坦（Albert Einstein）在1916年提出的，但是直到近一个世纪之后才被直接探测到。爱因斯坦证明，空间不是弹性的背景，而是一种柔软的织物，它被巨大的物体扭曲和弯曲，并与时间密不可分。 2015年，位于美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）与欧洲的处女座干涉仪之间的合作宣布了首次直接检测引力波：它们是从两个黑洞发出的，每个黑洞的质量大约大30倍而不是太阳-互相环绕并合并。

在2021年1月出版的《天体物理学杂志增刊》上的一篇新论文中，NANOGrav项目报告了在45个脉冲星在天空中传播并测量跨度的时间范围内，发现了与引力波影响一致的无法解释的波动。 12 1/2年。

脉冲星是恒星爆炸成超新星后剩下的稠密物质块。从地球上看，脉冲星似乎在闪烁。实际上，光来自脉冲星旋转时从脉冲星的相对两侧发出的两个稳定光束，就像灯塔一样。如果引力波在脉冲星和地球之间通过，则时空的细微拉伸和压缩似乎会在脉冲星的其他常规定时中引入较小的偏差。但是这种影响是微妙的，已知还有十多个其他因素也会影响脉冲星的计时。 NANOGrav完成的工作的主要部分是在寻找引力波迹象之前，从每个脉冲星的定时数据中减去这些因素。

LIGO和处女座检测来自成对黑洞（或称为中子星的其他密集物体）的引力波。相比之下，NANOGrav正在寻找持续的引力波＆＃34;背景，＆＃34;或无数对超大质量黑洞在整个宇宙中相互绕行而产生的数十亿年的波状噪声组合。这些物体产生的引力波的波长比LIGO和处女座所探测到的要长得多，以至于单个波通过固定的探测器可能要花费数年的时间。因此，尽管LIGO和处女座每秒可以检测到数千条海浪，但NANOGrav的探索仍需要数年的数据。

令人着迷的是，最新发现是，NANOGrav团队尚未准备好声称已经找到了引力波背景的证据。为什么犹豫？为了确认直接检测到引力波签名，NANOGrav研究人员必须在各个脉冲星之间的信号中找到独特的模式。根据爱因斯坦的广义相对论，引力波背景的影响应基于脉冲星相对于彼此的位置而对脉冲星的定时产生轻微的影响。

在这一点上，信号太弱以至于无法区分这种模式。增强信号将需要NANOGrav扩展其数据集，以包括更多研究过的脉冲星，甚至更长的时间长度，这将增加阵列的灵敏度。 NANOGrav还与国际脉冲星定时阵列（International Pulsar Timing Array）合作，将其数据与其他脉冲星定时阵列实验的数据合并在一起，该研究人员使用世界上最大的射电望远镜进行了合作。

尝试使用脉冲星定时阵列检测引力波需要耐心，＆＃34;斯科特·兰瑟姆（Scott Ransom）表示，他是美国国家射电天文台的现任主席。我们目前正在分析十几年来的数据，但是确定的检测可能还需要花费更多时间。这些新结果正是我们逐渐接近检测结果时所期望看到的，这真是太好了。

NANOGrav小组在1月11日至1月10日至15日举行的美国天文学会第237次会议的新闻发布会上讨论了他们的发现。NASA喷气推进实验室的天体物理学家Michele Vallisneri和Joseph Lazio该论文的共同作者是位于南加州的科学家和位于马里兰州NASA的戈达德太空飞行中心的Zaven Arzoumanian。科罗拉多博尔德大学的研究员约瑟夫·西蒙（Joseph Simon）和该论文的主要作者，作为JPL的博士后研究员，对该论文进行了很多分析。在JPL期间，有多个NASA博士后研究员参加了NANOGrav研究。 NANOGrav是美国和加拿大天体物理学家的合作。新研究中的数据是在西维吉尼亚州崩溃之前使用西弗吉尼亚州的Green Bank天线和波多黎各的Arecibo天线收集的。