【菜科解读】

检测超低频引力波的新方法可以与其他测量方法相结合 提供对宇宙早期发展的新见解

据cnBeta：伯明翰大学的研究人员表示，检测超低频引力波的新方法可以与其他不太敏感的测量方法相结合，以提供对我们宇宙早期发展的新见解。

引力波--爱因斯坦时空结构中的涟漪--以光速穿过宇宙，具有各种波长，或频率。

科学家们还没有设法探测到极低的"纳米赫兹"频率的引力波，但目前正在探索的新方法有望很快确认第一批低频信号。

主要的方法是使用射电望远镜，利用脉冲星--这种充满了“异国情调”的死星，以非同寻常的规律性发出无线电波脉冲，来探测引力波。

例如，NANOGrav合作项目的研究人员利用脉冲星对分布在我们整个银河系的毫秒级脉冲星网络或阵列的旋转周期进行精确计时，这是天文学家对一个完美时钟网络的最佳诠释。

这些可以用来测量引力波在宇宙中传播时引起的零星变化。

然而，是什么产生了这些信号，这个问题还没有确定。

伯明翰大学引力波天文学研究所的科学家们认为，仅使用脉冲星计时阵列（PTAs）的数据来确定一个答案将是非常困难的。

相反，在今天（2021年10月18日）发表在《自然-天文学》上的一封信中，他们建议将这些新数据与其他项目（如欧洲航天局的盖亚任务）的观测结合起来，将有助于对我们宇宙最早时期仍然存在的不同信号进行拆分和解释。

关于超低频引力波的主要理论是，它们是由位于合并星系中心的超大质量黑洞群引起的。

当星系合并时，它们的中心黑洞会配对，形成双星并产生引力波。

在这种情况下，PTA对引力波的探测将为研究星系的组装和生长的天体物理学提供令人兴奋的新方法。

但也有其他的可能性。

纳米赫兹引力波可以讲述我们新生宇宙的故事，远在星系和黑洞形成之前。

事实上，有人提出，极低频率的引力波信号可能是在大爆炸后不久由其他过程产生的；

例如，如果宇宙在正确的温度下经历了物理学家所说的相变。

主要作者克里斯托弗-摩尔博士说。

"最近，NANOGrav可能已经看到了使用脉冲星计时阵列的引力波信号的第一个初步暗示，我们预计未来几年将是这种类型科学的黄金时代。

对这些信号的各种解释是令人兴奋的，但也是一个迷宫。

我们需要一种方法来区分不同的可能来源。

目前，仅靠脉冲星定时阵列数据是非常困难的"。

共同作者Alberto Vecchio教授说。

"脉冲星计时阵列可能会对古代宇宙学过程提供前所未有的洞察力。

开发复杂的方法来解释这些见解将意味着我们可以真正开始了解我们的宇宙是如何形成和形成的"。

黑洞碰撞重塑物理 太空信号开启引力波天文学新时代

去年9月14日，当这些涟漪扫过最新升级的激光干涉引力波天文台（LIGO）时，它们以峰值的形式在美国路易斯安那州和华盛顿州两台L形探测器的读数上露面。

这是科学家第一次记录下引力波信号。

　　不过，此次事件还标志着期待已久的引力波天文学时代的开启。

对该信号的详细分析，已收获了关于合并黑洞性质以及它们如何形成的深入见解。

随着更多此类事件的出现（LIGO团队正分析在探测器4个月的运行中捕捉到的若干其他候选事件），研究人员将能分类并理解黑洞的起源，就像他们正在对恒星所开展的工作那样。

　　通过利用计算机模拟重现此次事件，科学家计算得出，两个黑洞分别是太阳质量的约36倍和29倍，并且合并后的黑洞是太阳质量的约62倍。

失去的差值是太阳质量的3倍左右，以引力辐射的形式散开。

其中，大部分是在被物理学家称为"衰荡"的阶段消散的。

此时，合并的黑洞变成球形。

该团队还推测，最终的黑洞可能以每秒100转的速度旋转，尽管这一估测的误差幅度很大。

　　荷兰内梅亨大学天文学家、升级版Virgo协作组成员Gijs Nelemans介绍说，根据天体物理学家的估算，形成于此类低金属度气体云的恒星应当在爆发时更容易形成大质量黑洞。

这是因为在超新星爆发期间，较小的原子被爆发吹走的可能性更小。

因此，低金属度恒星"失去更少的质量，更多质量则进入到黑洞中"。

　　最简单的场景是，两颗质量巨大的恒星以双星系统的形式诞生，并由像双黄蛋一样的相同星际气体云形成，且自此相互围绕运行。

在几百万年后，其中一颗恒星将会燃尽并且变成超新星，另一颗也很快紧随其后。

结果便是一个双星黑洞。

　　空间艺术　　如果Virgo上线运行，科学家便能通过比较引力波到达3个地方的时间，极大地缩小方向范围。

在第四台干涉仪的帮助下，他们的精确度将会进一步提高。

目前，日本正在建造一台被称为KAGRA的地下干涉仪，而印度也在规划自己的LIGO。

　　这样的情形几乎是史无前例的：按照惯例，天文距离需要通过研究处于太阳系到遥远星系范围内的已知天体的亮度计算得出。

然而，中间的天体会让这些测得的"标准烛光"的亮度变暗淡。

引力波则摆脱了这种限制。

（宗华）

引力波有什么用 科学家再次探测到引力波信号

实际上，引力波天文望远镜允许科学家在光学望远镜“看到”的同时“听到”这种现象。

　　在上世纪90年代初，LIGO努力争取美国政府的资金支持，但天文学家却在国会听证会上极力反对。

他们的观点是LIGO与天文没什么关系，但佛罗里达州大学盖恩斯维尔分校的相对论学家和早期LIGO支持者克利福德·威尔(Clifford Will)称，现在情况改变了。

　　1、黑洞是否真实存在？　　LIGO探测到黑洞合并的重要科学意义是，证实黑洞真实存在——至少是广义相对论预测的由纯净、真空、扭曲时空组成的完美圆形物体。

天文学家已经获得了大量有关黑洞的间接证据，但至今都是来自观测围绕黑洞的星体和超热气体，而非黑洞本身获得。

　　新泽西普林斯顿大学广义相对论模拟专家弗朗斯·普雷托里乌斯(Frans Pretorius)在LIGO宣布前曾表示："科学界包括我自己都非常厌倦了黑洞话题，我们都认为黑洞是理所当然存在，但如果你考虑到这是非常惊人的预测，真的需要惊人的证据。

"　　LIGO探测到的信号提供了证据——也证实2个黑洞合并过程与预期一致。

当2个黑洞开始螺旋式相互靠拢，以引力波形式释放能量时，合并发生了。

LIGO探测到这种波的特殊声音，被称为啁啾，允许科学家测量天文台观测到的事件中2个物体的质量：一个约为太阳的36倍，另一个为29倍。

　　接下来黑洞融合了。

巴黎高级科学研究院的引力理论学家迪博·达姆尔(Thibault Damour)表示："如同将2个肥皂泡沫靠得很近变成一个泡沫，起初更大的泡沫产生变形。

"正如LIGO看到的，2个黑洞合并后变成一个完美的球形，但起初以衰荡形式向外辐射引力波。