當(dāng)人類從伽利略時用肉眼觀察天象，過渡到使用望遠鏡觀察星空時，對夜空和我們在宇宙中位置的理解開始了革命性變化。四百年后的現(xiàn)代，科學(xué)家們通過搜索引力波，在對黑洞的認識上也經(jīng)歷了類似的轉(zhuǎn)變。

在尋找比太陽大數(shù)十億倍以前未被探測到的黑洞過程中，美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的物理學(xué)和天文學(xué)助理教授、前天文學(xué)家斯蒂芬·泰勒與北美引力波納赫茲天文臺(NANOGrav)合作。

通過尋找太陽系重心的精確位置，來確定這些黑洞引力波的存在，從而推動了研究領(lǐng)域的向前發(fā)展，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。黑洞是一類特殊的天體，也是由極度扭曲時空形成的純引力區(qū)域。找到潛伏在星系中心的黑洞將有助于我們了解這些星系（包括我們所在的銀河系），自形成以來數(shù)十億年來是如何成長和演化的，這些黑洞也是檢驗物理學(xué)基本假設(shè)無與倫比的天然實驗室。

引力波是愛因斯坦廣義相對論預(yù)言時空中的漣漪，當(dāng)黑洞成對圍繞彼此運行時，它們會輻射引力波，使時空變形，拉伸和壓縮空間。2015年，激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)首次探測到引力波，為宇宙中最極端物體的研究打開了新視野。激光干涉儀引力波天文臺通過測量4公里長探測器形狀的變化，觀測相對較短的引力波，而引力波納赫茲天文臺，一個國家科學(xué)基金會(NSF)物理前沿中心，將尋找我們整個星系形狀的變化。

太陽系的重心

研究團隊正在尋找脈沖星定期閃光無線電波到達速率的變化，這些脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星，有些速度和廚房攪拌機一樣快。同時這些中子星還發(fā)出無線電波波束，當(dāng)這些波束掃過地球時，看起來就像星際燈塔。收集超過15年的數(shù)據(jù)表明，這些脈沖星的脈沖到達速率極其可靠，是出色的標(biāo)準(zhǔn)星系時鐘。任何與這些脈沖星相關(guān)的時間偏差，都可能表明引力波扭曲了時空。

利用在銀河系中觀測到的脈沖星，研究人員正試圖像一只蜘蛛一樣靜靜地坐在她的網(wǎng)中間，對太陽系重心的了解程度至關(guān)重要，因為試圖感覺到網(wǎng)絡(luò)上哪怕是最微小波動的刺激感，在網(wǎng)中的太陽系重心，是所有行星、衛(wèi)星和小行星質(zhì)量平衡的位置。那么太陽系重心在哪里，太陽系中絕對靜止的位置？并不像許多人認為的那樣位于太陽中心。

相反，太陽系重心更接近太陽的表面，這是由于木星質(zhì)量和我對其軌道的不完全了解。木星繞太陽一周需要12年，略低于NANOGrav一直在收集數(shù)據(jù)的15年。噴氣推進實驗室的伽利略探測器在1995年至2003年間研究了木星，但經(jīng)歷了影響任務(wù)期間測量質(zhì)量的技術(shù)故障。長期以來，識別太陽系重心一直是通過多普勒跟蹤數(shù)據(jù)來計算，以獲得對圍繞太陽運行天體的位置和軌跡的估計。噴氣推進實驗室天文學(xué)家兼合著者喬·西蒙解釋說：

為精確100米而努力

問題是，質(zhì)量和軌道上的誤差將轉(zhuǎn)化為脈沖星計時制品，很可能看起來像引力波。研究發(fā)現(xiàn)，使用現(xiàn)有太陽系模型來分析NANOGrav數(shù)據(jù)得出的結(jié)果不一致，在太陽系模型之間的引力波搜索中，沒有檢測到任何重要的東西，但在計算中得到了很大的系統(tǒng)差異，噴氣推進實驗室天文學(xué)家和研究的主要作者米歇爾·瓦利斯內(nèi)里(Michele Vallisneri)指出：通常，數(shù)據(jù)越多，結(jié)果越精確，但我們的計算中始終存在偏移量。

所以研究短腿決定在探測引力波的同時，探測太陽系的重心，研究人員在尋找引力波方面得到了更有力的答案，并能夠更準(zhǔn)確地將太陽系重心精確到100米以內(nèi)，如果太陽有足球場那么大，那么100米就是一根頭發(fā)的直徑。對散布在銀河系中脈沖星的精確觀測，比以往任何時候都更好地定位了我們我們在宇宙中的位置。通過這種方式發(fā)現(xiàn)引力波，再加上其他實驗，將對宇宙中所有不同類型的黑洞都有了更全面的了解。

博科園｜研究/來自：范德比爾特大學(xué)

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab7b67

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