大規(guī)模、劇烈的天文事件可以產(chǎn)生引力波。自2015年9月首次探測到引力波以來，科學(xué)家一直在持續(xù)監(jiān)聽這些宇宙中的低沉「聲音」，但他們並未能探測到超低頻引力波。主流理論認(rèn)為，超低頻引力波是由超大質(zhì)量天體相互碰撞或大爆炸後不久的某些事件產(chǎn)生的。因此，超低頻引力波可以為我們揭示古老的黑洞或早期宇宙的奧秘。在近日發(fā)表於《自然·天文學(xué)》的一項研究中，來自英國伯明罕大學(xué)的研究人員表示可以結(jié)合不同的觀測方法探測超低頻引力波。



引力波振盪頻率取決於其產(chǎn)生的原因

天文學(xué)家主要依靠電磁輻射（也就是光）來研究宇宙。但是光在傳播過程中會與外太空的物質(zhì)（比如塵埃）相互作用，這就導(dǎo)致在我們的「視野」中，星空是模糊的。而引力波則幾乎不受此限制，可以讓我們更好地「聆聽」宇宙。引力波由大質(zhì)量物質(zhì)加速運動產(chǎn)生，以光速穿越宇宙，引發(fā)時空漣漪。藉助雷射干涉引力波天文臺（LIGO）和室女座探測器（Virgo detector），科學(xué)家可以監(jiān)聽引力波。

但目前為止，科學(xué)家探測到的大部分引力波頻率都高於毫赫茲級別，納赫茲級別的超低頻引力波則很難被探測到。前者由普通恆星或20—30倍太陽質(zhì)量的較小黑洞產(chǎn)生，而後者則可能由數(shù)百萬至數(shù)十億倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞併合引起，還可能來自大爆炸後不久發(fā)生的事件，遠(yuǎn)早於星系形成。

德國馬克斯·普朗克獨立引力物理研究所的負(fù)責(zé)人弗蘭克·歐姆解釋說，引力波的振盪頻率取決於其產(chǎn)生的原因。「不同頻率的引力波的效果是一樣的；它會拉伸和擠壓空間和時間?！箽W姆說，「低頻的信號要慢一些，所以物體擠壓和拉伸所需的時間比高頻信號長得多?！?br>


多手段結(jié)合探測超低頻引力波

探測超低頻引力波主要依靠脈衝星，尤其是毫秒脈衝星。脈衝星是一種緻密的、高度磁化的恆星，它在旋轉(zhuǎn)的同時規(guī)律地發(fā)出無線電波脈衝，因此也被稱為「宇宙燈塔」。超低頻引力波可能讓脈衝星發(fā)出的無線電波脈衝間隔時間產(chǎn)生微小的變化，科學(xué)家就利用這些變化來尋找這種超低頻引力波。

雖然毫秒脈衝星可能會是探測超低頻引力波的主要方法，但研究人員認(rèn)為毫秒脈衝星的信號變化不足以反映引力波產(chǎn)生的來源。今年1月，北美納赫茲引力波天文臺（NANOGrav）通過遙遠(yuǎn)的脈衝星信號，探測到可能存在的超低頻引力波，但尚未得到證實。

因此，研究人員建議結(jié)合多種方法來探測超低頻引力波的來源?！赋嗣}衝星，我們需要尋找其他探測器、儀器、實驗……任何能檢測到引力波的方法，都可能有所幫助?！股鲜稣撐闹饕髡摺⒂骱贝髮W(xué)引力波天文研究所和物理與天文學(xué)院的研究員克里斯多?！つ栒f。

研究人員建議，將脈衝星數(shù)據(jù)與歐洲航天局的「蓋亞」探測器的觀測結(jié)果結(jié)合起來；或?qū)τ钪娲蟊ǖ暮撕铣赡Ｐ驼归_研究，它是基於大爆炸後不久存在的原子種類建立的早期宇宙模型?！高@兩種方法目前都還不能探測到引力波，但它們可以為引力波的頻率設(shè)定邊界。」摩爾說。



自從研究人員首次發(fā)現(xiàn)引力波以來，這些穿越時空的漣漪為人類開啟了觀察宇宙的新領(lǐng)域?，F(xiàn)在，科學(xué)家或許即將「解鎖」超低頻引力波，這是激動人心的時代，我們在「聆聽」宇宙之音。

歐姆說：「我們剛剛開始探索宇宙中的超大質(zhì)量黑洞，我們尚不確定它們的質(zhì)量和數(shù)量。因為它們很重，它們產(chǎn)生的引力波不僅頻率較低，而且其本身非?！喉憽弧Ｋ院诙丛街?，它們產(chǎn)生的時空扭曲就越大，我們就可以看得更遠(yuǎn)?！?br>
但是，要想讓超低頻引力波提供有用的信息，科學(xué)家就必須知道它的來源?！高@是關(guān)鍵?！鼓栒f，「因為需要知道我們是在觀察離我們較近的黑洞發(fā)出的信號，還是在目睹與大爆炸的時間更接近的、更古老的宇宙進(jìn)程?！鼓栴A(yù)測，科學(xué)家將在不遠(yuǎn)的將來探測到超低頻引力波。這可能有助於我們進(jìn)一步理解宇宙或超大質(zhì)量黑洞的形成?！高@是研究天文學(xué)的全新方式，非常令人興奮?！鼓栒f。