新研究综合射电望远镜数据揭示了扭曲时空的隐形引力波

这些引力波是恒星或黑洞等大质量天体加速时产生的，其中包含有关遥远星系中的现象和天体的信息，可以揭示中子星内部物质的行为方式。这项研究得到了美国国家科学基金会 41.6 万美元的资助。

"引力波渗透万物--太阳系、地球、我们--但直到过去五到八年，我们才能够探测到它们，"丰塞卡说。"引力波是了解宇宙的独特窗口，有别于光、X 射线、紫外线等电磁辐射。 这些形式的辐射是由带电粒子产生的，而引力波则是由物体在空间加速并扰动时空造成的。宇宙中所有双星系统中的超大质量黑洞都在向我们发射引力波。 这些信号的影响总和是一种摇摆不定、看似随机的模式，被称为'引力波背景'。 随着这项研究提高了我们对该背景的敏感度，我们将对来自附近星系的引力波变得更加敏感。 一旦我们找到了当地的引力波源，我们就可以将电磁望远镜对准它们，开始对事物进行理解，那将会非常有趣。"

西弗吉尼亚大学天文学家埃马纽埃尔-丰塞卡（右二）利用绿岸和CHIME射电望远镜的数据寻找引力波。 图片来源：西弗吉尼亚大学照片/Brian Persinger

爱因斯坦在 1916 年提出了引力波理论，但直到去年春天，国际研究合作组织 NANOGrav 才宣布了引力波存在的明确证据。

"NANOGrav是一个由包括我在内的研究人员组成的团队，他们一直在利用波卡洪塔斯县绿岸望远镜的数据来探测引力波，"丰塞卡说。"多年来，我们一直在努力寻找引力波的证据。 现在突然间，我们不仅能探测到它们，还能理解它们。"

西弗吉尼亚大学埃伯利文理学院物理与天文学系助理教授 Emmanuel Fonseca。 图片来源：西弗吉尼亚大学照片/Brian Persinger

这项研究将把绿岸望远镜的数据与丰塞卡帮助建造的加拿大CHIME射电望远镜的数据合并。 这两个天文台以不同的间隔和频率记录类似的信息。

"结合数据意味着我们可以实现对每个波浪的全面覆盖。 我们可以'看到'从一个波谷，越过波峰，再到下一个波谷，"他说。引力波可以跨越星系。 引力波存在于低频频谱中，因此从射电望远镜记录到引力波的第一个峰值到第二个峰值之间，可能要经过一两年的时间。 随着引力波的振荡，它们在宇宙中激起涟漪，遇到的任何物体都会在时间和空间上发生轻微的位移。

脉冲星--一对旋转的中子星--让天文学家得以探测引力波。 脉冲星会发出无线电脉冲，以精确、可预测的间隔到达地球。

丰塞卡说："我们把脉冲星当作探测器，当作远方的灯塔。当我们在脉冲星阵列中看到影响定时的相关偏差时，这就是引力波影响地球的迹象。 出现偏差是因为引力辐射穿过了我们，缩小并挤压了我们的观测站和仪器。"

利用脉冲星作为探测器，需要尽可能多地了解脉冲星本身以及像"闪烁"这样的现象，即恒星的闪烁，它会影响脉冲星在飞向地球过程中的信号。

"闪烁似乎是随机的，天文学家历来认为它是一种干扰。但我相信，它编码的信息可以改进引力波探测。"

丰塞卡强调了绿岸望远镜和CHIME脉冲星数据的整合，这意味着天文学家将了解到的不仅仅是引力波--他们还能计算出中子星的质量。

"计算质量在天文学中是一件罕见而困难的事情。 我们没有天平来测量恒星的重量。 但我们现在有办法从这些信号中提取出非常精确的引力信息，让我们能够测量中子星的质量，进而告诉我们它们内部发生了什么，"他说。

脉冲星是一颗旋转的中子星，是"我们目前所能观测到的最极端的环境"。 它的环境与黑洞类似，但由于其引力没有那么极端，我们可以从技术上了解它们内部发生了什么。

J-罗伯特-奥本海默是最著名的'原子弹之父'，但他也是最早对中子星的行为提出疑问的人之一，比如核物理如何在如此极端的重力下工作，或者那里可能存在哪种物质。 那是将近一百年前的事情了，而我们只是在最近五年才开始通过 NANOGrav 数据发现一些耐人寻味的线索。

与丰塞卡一起工作的还有西弗吉尼亚大学的研究生研究助理、来自印度浦那的斯瓦拉利-帕蒂尔和来自芝加哥的马修-巴特尼克。

编译自/SciTechDaily