澳大利亚天文学家发现引力波可能的指纹

天文学家利用澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)帕克斯射电望远镜穆里扬(Murriyang)收集的数据，发现了迄今为止关于低频引力波的最有力证据。

近 20 年来，帕克斯脉冲星计时阵列合作团队一直在监测一组快速旋转的恒星，这些恒星的脉冲就像灯塔一样，称为脉冲星。

他们正在寻找由引力波引起的纳秒脉冲延迟，为爱因斯坦的广义相对论提供进一步的证据，并建立我们对宇宙的理解。

通过编译和分析这个庞大的数据集，该团队在通过脉冲星研究探测引力波方面又迈出了一步。

他们的最新成果今天发表在澳大利亚天文学会的《天体物理学杂志快报和出版物》上。

1916 年，阿尔伯特·爱因斯坦提出时空是一种四维结构，恒星爆炸和黑洞合并等事件会在这种结构中产生涟漪或引力波。

近一个世纪后的 2015 年，LIGO 和 Virgo 合作的研究人员首次直接观测到两个恒星质量黑洞碰撞产生的引力波。

与每秒振荡多次的引力波相反，帕克斯脉冲星计时阵列合作项目正在寻找星系中心双超大质量黑洞发出的引力波。这些引力波在多年的时间尺度上振荡。

OzGrav 和领导这项搜索的斯威本科技大学研究员 Daniel Reardon 博士表示，当这些引力波穿过我们的星系并冲刷地球时，它们将改变快速旋转脉冲星的表观旋转频率。

“我们可以通过搜索比我们预期早或晚到达的脉冲来探测引力波。之前的研究在脉冲星计时阵列观测中显示了一个有趣的信号，但其起源尚不清楚，”里尔登博士说。

“我们的最新研究在我们一直在研究的一组脉冲星中发现了类似的信号，现在我们看到了一些指纹，将这个信号识别为引力波。

“与恒星质量引力波爆发不同，超大质量黑洞需要数年或数十年才能完成其轨道，因此它们的特征需要十年或更长时间才能出现，”他说。

全球各地的天文学家一直忙于通过研究脉冲星来追踪这种引力波信号。

中国 (CPTA)、欧洲 (EPTA)、印度 (InPTA) 和北美 (NANOGrav) 的其他合作在其数据中也看到了类似的信号;他们的研究结果今天也发表在几篇期刊论文上。

共同领导这项分析的 CSIRO 天文学家 Andrew Zic 博士表示，虽然令人兴奋的是所有主要合作机构都看到了波浪的迹象，但真正的考验将在不久的将来到来，届时所有数据都会合并到一个全球数据集中。

“这个信号仍然可能是由脉冲星旋转在很长一段时间内的变化等因素引起的，或者可能只是统计上的侥幸，”齐克博士说。

“我们的帕克斯射电望远镜穆里扬(Murriyang)拥有先进的接收器和对南部天空中最好的脉冲星的绝佳视野，这对于这项工作至关重要。

“下一步是结合北半球和南半球望远镜收集的脉冲星数据集，以提高我们观测的灵敏度，”他说。

通过国际脉冲星定时阵列联盟，全球各地的各个团体(包括澳大利亚的帕克斯脉冲星定时阵列合作组织)正在共同努力，整合他们的数据，以更好地表征信号并确认其来源。

“我们下一阶段的研究将结合全球阵列的全部力量并排除任何异常情况。” 齐克博士说。

使用脉冲星来确认低频引力波的探测将扩大这一新兴科学领域，并通过包括目前在澳大利亚和南非建造的 SKA 望远镜在内的新仪器进行进一步探索。