簡介：當(dāng)質(zhì)量加速時，它會在時空的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生漣漪。這些被稱為引力波?？茖W(xué)家已知的最強(qiáng)引力波來源于一對軌道黑洞合并時的情況。 然而，當(dāng)兩個黑洞在數(shù)百萬年甚至數(shù)十億年的時間里相互接近時，它們發(fā)射的引力波功率和頻率要低得多。我們的探測器很難檢測到它們，但通過脈沖星我們便可以檢測到它。

回憶一下，你有沒有過這樣一種經(jīng)歷：你正身處一個擁擠嘈雜的空間，似乎聽見了某種熟悉的聲音，又好像是有人在叫你的名字，這種聲音不大不小，足夠引起你的注意，卻又不讓你聽清到底在說什么？

一支國際天文學(xué)家團(tuán)隊正處于這種情況。只不過，這個擁擠的房間是宇宙，房間里的人是巨大的、正相互吞噬的黑洞，不斷發(fā)出的雜音是壓縮時空的“波”，與此同時，天文學(xué)家們將遍布銀河系的幾十顆高速旋轉(zhuǎn)脈沖星作為“耳朵”來“探聽”這種“波”。

好的，讓我們把時間往回倒。

愛因斯坦廣義相對論的一個主要（甚至可以說是最大）成就、現(xiàn)已被證實的預(yù)言，即：當(dāng)質(zhì)量加速時，會在時空中產(chǎn)生“漣漪”，稱為“引力波”。

圖解：兩個超大質(zhì)量黑洞相撞合并。圖源：ESA

對于加速度較大的超大質(zhì)量物體來說，引力波的威力則更強(qiáng)大，因而已知的最強(qiáng)引力波源是黑洞雙星合并。黑洞雙星的質(zhì)量非常大，在合并前，它們相互繞轉(zhuǎn)的速度幾近于光速。在合并時，引力波輻射出的能量也是大得驚人，哪怕是星系中所有恒星的總輻射能量，相比之下也是九牛一毛。不過，引力波到達(dá)地球時已是極其微弱，目前的手段鮮少能探測到它。

經(jīng)過幾十年的漫長探索，終于在2015年9月，激光干涉引力波天文臺（LIGO）宣布探測到了首個引力波信號。這是一項十分了不起的成就，并且后續(xù)又探測到了引力波信號。

圖解：即將合并的黑洞雙星系統(tǒng)。圖源：Mark Myers/OzGrav

對于兩個黑洞合并前和合并瞬間發(fā)出的引力波，激光干涉引力波天文臺（LIGO）的觀測設(shè)備還是較靈敏的。引力波的頻率非常高，在幾十到幾百赫茲之間——1Hz表示每秒有一個引力波經(jīng)過你的身邊，2Hz即每秒有兩個……依此類推。

然而，當(dāng)黑洞在數(shù)百萬年甚至數(shù)十億年的時間里彼此接近時，它們?nèi)栽诎l(fā)射引力波，只不過功率和頻率要低得多。每隔幾分鐘，星系中心的超大質(zhì)量黑洞就會在宇宙中的某個地方合并一次，也就是說，有數(shù)十億個黑洞正在相互接近，它們發(fā)出極低頻率的引力波，低至幾納赫——這意味著每十年或二十年就會有一個引力波經(jīng)過你身邊。

沒錯，就是低頻。有幾十億個黑洞從天空的四面八方飛來，從宇宙空間中的各個黑洞飛來，這些到達(dá)地球的引力波，合起來發(fā)出“嗡嗡”的背景聲，如同擁擠房間里的聲音。因為頻率太低，激光干涉引力波天文臺（LIGO）無法探測，倒是有另一種方法可以“聽到”它們。

中子星是爆炸的大質(zhì)量恒星的超致密坍縮核心。質(zhì)量可與太陽相當(dāng)，但只有十幾千米左右的寬度。換句話說，如果挖出一立方厘米的中子星物質(zhì)，那么其重量將達(dá)到美國所有汽車的總和。

圖解：中子星周圍的磁場。圖源：Casey Reed/Penn State University

有一類中子星，它們有著很強(qiáng)的磁場，強(qiáng)磁場把輻射封閉起來，只能從兩個磁極發(fā)出遠(yuǎn)離它們的強(qiáng)輻射光束。由于這類中子星的高速自轉(zhuǎn)，磁極光束像燈塔“窗口”發(fā)出亮光射向海面一樣掃過宇宙空間。當(dāng)這些光束掃過我們的上空時，地球上的我們會看到“眨眼”一樣的周期性閃光，這是因為它每自轉(zhuǎn)一周，我們就接收到一次它輻射的電磁波，于是就形成一斷一續(xù)的脈沖。我們稱這類中子星為脈沖星。

每秒旋轉(zhuǎn)上百次的脈沖星，稱為毫秒脈沖星。極大的密度保證了極其穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)。通過在離散的時間間隔內(nèi)觀測的這些“閃光”可以發(fā)現(xiàn)：高速且穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)成就了脈沖星作為宇宙中最精確的時鐘。

圖解：受黑洞引力波影響的地球相對于脈沖星的位置圖。圖源：NANOGrav/T.Klein

特別有意思的一點是：當(dāng)一個引力波通過地球時，它實際上會交替壓縮和拉伸空間及地球本身。但這種扭曲小到你永遠(yuǎn)感覺不到它，甚至連激光干涉引力波天文臺（LIGO）都幾乎檢測不到它。從我們整個星球的尺度上來看，地球的大小也只改變了一個原子的直徑?？梢哉f，這種影響是微乎其微的。

毫秒脈沖星是非常精確的時鐘。如果你用射電望遠(yuǎn)鏡觀察，引力波穿過它時，會改變射電望遠(yuǎn)鏡和脈沖星之間的距離，進(jìn)而改變它們的相對距離。同樣，這種影響非常小，要想在單單一顆脈沖星上觀察到它是幾乎不可能的。

除非持續(xù)觀測多顆脈沖星幾十年，才可能在宇宙中超大質(zhì)量黑洞相互旋轉(zhuǎn)時，探測到它們發(fā)出的以納赫為單位的“嗡嗡”背景聲。

這絕對是件值得記錄的大事。

圖解：兩個相互環(huán)繞但轉(zhuǎn)軸不同的黑洞。圖源：LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

這是北美納赫茲引力波觀測站（NANOGrav）的項目之一。在十二年多的時間里，他們已經(jīng)觀測了47顆毫秒脈沖星，以求捕捉到這個信號。該項目對數(shù)據(jù)有著嚴(yán)格的要求——比如說，脈沖星需要非常穩(wěn)定，每個脈沖星要有至少三年的數(shù)據(jù)，47顆脈沖星中有45顆符合這一要求。

其中還發(fā)現(xiàn)了一個無法解釋的信號源，哪怕科學(xué)家們設(shè)想了各種可能，包括觀測誤差、地球公轉(zhuǎn)的復(fù)雜過程（以及其他繞太陽運行的行星的影響）等等。

這種信號仍在持續(xù)發(fā)出。

事實是，還沒有足夠的證據(jù)表明它來自宇宙中那些相互吞噬的“怪獸”黑洞，只有一些吻合的特征，而沒有強(qiáng)有力的證據(jù)支撐。按照目前的觀測頻率，要想進(jìn)一步確認(rèn)，還需要一定的時間以觀測更多的脈沖星。

找對方向確實能振奮人心。雖不能完全確定是什么，但也是發(fā)現(xiàn)了一些東西。

圖解：“這不是外星人?！眻D源：Phil Plait

之前，科學(xué)家們利用西弗吉尼亞的綠灣射電天文望遠(yuǎn)鏡（GBT）和波多黎各的阿雷西博(Arecibo)射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，不幸的是，近期的阿雷西博天文臺坍塌事件導(dǎo)致項目不得不暫緩進(jìn)行，雖然有人建議重建天文臺，但這需要一段時間，因而他們正在多方面尋找合作者和望遠(yuǎn)鏡。

希望最近發(fā)出的求助能夠得到應(yīng)允的回應(yīng)。當(dāng)這些不可思議的物體彼此靠近時，探測到這種時空振動的嗡嗡聲是令人震撼的。它們正在走向一次史詩級的大合并，將釋放出與宇宙中所有恒星總和一樣多的能量，但也只能通過觀測宇宙中超致密星體的變化來見識其中的威力，而無法直接觀測。

這本是星際迷航級別的事兒，但現(xiàn)在我們卻在做。真是奇妙至極！

作者: Phil Plait

FY:夢里花

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