突破性发现物理学家监测到了宇宙的背景嗡嗡声
发布时间：2023-06-30 11:00:18 所属栏目：外闻 来源：转载
导读： 有报道称,目前全世界有多个研究小组都在各自独立的发现一个闪烁的恒星的时间信号称为脉冲星,，该信号指向穿过银河系的巨大长波引力波。目前还没有完全探测到这些引力波，但有超过99%的
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有报道称,目前全世界有多个研究小组都在各自独立的发现一个闪烁的恒星的时间信号称为脉冲星,，该信号指向穿过银河系的巨大长波引力波。目前还没有完全探测到这些引力波，但有超过99%的可能性，我们正在观察的是一些重要的东西。 澳大利亚、美国、欧洲、中国和印度的研究小组同时在一系列论文中发布了它们的研究结果。 范德比尔特大学天体物理学家、美国纳米重力小组主席斯蒂芬·泰勒（Stephen Taylor）在新闻发布会上说：“过去15年来，我们一直在执行一项任务，寻找一种低沉的引力波，它在整个宇宙中回荡，并以可测量的方式冲刷我们的星系，扭曲时空。” “现在，我们很高兴地宣布，我们的努力得到了回报，而且…… 我们有了引力波背景的令人兴奋的证据。” 引力波天文学是继2015年探测到两个碰撞黑洞引起的时空波纹之后的一个相对较新的领域。从那以后，我们的地球引力波探测器已经探测到了近100个已确认的引力波事件，这些事件都是由致密恒星质量物体：黑洞和中子星合并而产生的。 引力波是由宇宙中的重大事件引起的。想象一下，黑洞之间的碰撞就像扔进池塘里的一块石头，而引力波就像产生的涟漪。介质就是时空本身，而以光速传播的涟漪向各个方向传播，以一种我们可以探测到的方式拉伸和挤压时空。 这是一个黑洞双星合并和产生的引力波的数值模拟。 现在我们再想象一下，宇宙中会有多少黑洞在碰撞。还有多少其他大事件产生了这些涟漪，时空中应该充满了引力波。但有个问题，地球实在是太小了，无法在纳赫兹尺度上的更长波长上探测到它们，这种波长可以延伸数光年，这些波长预计来自更大的事件，比如星系中心的超大质量黑洞合并。 然而，幸运的是，我们生活在一个比地球大得多的星系中。在我们的星系中，有一种东西会发出非常精确的定时信号，这种信号会受到纳赫兹引力波的影响：射电脉冲星。这些中子星旋转得非常快，从它们的磁极喷射出射电光。当它们旋转时，这些光束像宇宙灯塔一样掠过地球，因为这些脉冲的时间是如此精确，我们可以用它们来探测引力波穿过时空间伸展和挤压的方式。 但是，仅仅一个微小的闪烁是不够的。如果，你有足够多的脉冲星在足够长的时间内出现相关的小闪烁，你就可以汇编出大引力波的证据。这就是世界各地不同的团队所做的，他们在澳大利亚的帕克斯脉冲星定时阵列中研究了总共115颗脉冲星，研究时间长达18年。 时间上的一个小故障是不够的。但如果你有足够多的脉冲星，在足够长的时间框架内存在相关的故障，你就可以收集到大引力波的证据。这就是世界各地不同的团队所做的，他们在澳大利亚的“帕克斯脉冲星定时阵列（Parkes Pulsar Timing Array）”中研究了总共115颗脉冲星，研究时间长达18年。 PPTA和澳大利亚斯威本大学的天体物理学家丹尼尔·里尔登（Daniel Reardon）表示：“脉冲性定时阵列是一个银河系尺度的引力波探测器。我们已经在阵列中的脉冲星中发现了一种常见的‘隆隆声’：一种超低频率的信号。我们和我们的国际同事现在也看到了一个指纹的迹象，这表明这种隆隆声来自引力波。” 科学家以前就有过这个信号的暗示。2021年1月，“北美奈频兹引力波天文台（NANOGrav）”发表了一篇论文，详细描述了他们认为是脉冲星计时数据中的引力波背景的第一个线索。2022年1月，国际脉冲星计时阵列（PPTA）紧随其后，也推出了一套脉冲星。 现在，经过艰苦的工作，研究人员可以确定这个神秘莫测的信号不是由太阳系内的脉冲星或广播电台数据中的其他噪音无线传输产生的，他们甚至可以得出结论，这个信号很重要。 NANOGrav 的信号在67颗脉冲星上的置信水平为4西格玛，即99.349%。PPTA的信号置信度较低，因为它研究的脉冲星较少；他们的探测只基于30颗恒星，但时间更长。一项发现的黄金标准是5西格玛。因此，仍有很多工作要做。 这是脉冲性定时阵列的形象表示。 天体物理学家丹尼尔·里尔登指出：“这还不是对引力波的探测。这个指纹需要变得更加清晰，例如，通过使用更多的数据来确认这是引力波探测。但这仍然非常令人兴奋，因为指纹预计会在我们的数据集中缓慢出现，因为，它似乎正在与脉冲星定时阵列合作收集观察到的证据一起发生。” 由于这还不是一个被证实的引力波探测，研究人员还不能断定是什么导致了它。最明显的答案是超大质量黑洞。超大质量黑洞合并的速度应该会让宇宙充满引力波噪音，就像大海的隆隆声一样。 但它并不是引力波背景的唯一潜在来源。宇宙弦、宇宙中的相变、大爆炸后空间的快速膨胀 —— 所有这些都可能产生低频引力波。（大爆炸可能也有，但波长将是宇宙的大小，这是我们绝对没有足够大的探测器来检测的。) 我们现在看到的可能是超大质量黑洞的背景。 天体物理学家丹尼尔·里尔登解释道：“我们知道，每个大星系的核心都有一个超大质量黑洞。我们也知道星系会发生碰撞，当它们发生碰撞时，我们预计超大质量黑洞会下沉到星系中心，并开始围绕彼此旋转，发出引力波。” “我们在宇宙中看得越远，我们能看到的超大质量黑洞系统就越多。在遥远的宇宙中，大量的超大质量黑洞在轨道上运行，产生了一个随机的引力波海洋，冲刷着地球和我们星系中的脉冲星。” 脉冲星计时阵列天文学是一个漫长的过程，但我们已经接近确定的信号了。世界各地不同的脉冲星定时阵列现在已经结合了他们的数据集，并在IPTA的合作下努力证实他们的发现。这一结果将在一年内得到确认，或许需要连续两年。 然后，一个大胆的纳赫兹引力波天文学新时代就可以开始了。研究人员将能够梳理信号，研究其特征，并找出在太空中蓬勃发展的大规模引力干扰的来源。从那里，我们甚至可以开始比以往任何时候都更详细地探测超大质量黑洞的特性。 天体物理学家丹尼尔·里尔登表示：“这些脉冲星定时阵列工作，是纳赫兹频率引力波的第一个暗示。” “把宇宙想象成一个由拉伸和挤压空间组成的隆隆海洋，真是令人难以置信。超大质量黑洞是星系中心的宇宙庞然大物，以气体为食，扰乱恒星形成。我很期待未来我们的脉冲星观测能揭示出一对超大质量黑洞产生的引力波的复杂地图。我们应该看到宇宙的背景嗡嗡声，以及来自我们可以识别的星系中单个超大质量黑洞对的引力波的精确‘热点’。”但这些信息并不是唯一的。在过去的几年里，天文学家一直在寻找一种方法来测量黑洞的辐射，以确定它们是否会发出伽马射线。 （编辑：淮北站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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