探測引力波“獵場”已轉移到太空 研究人員發現找引力波新方法

引力波是大質量天體爆炸、旋轉或合并等事件引發的“時空漣漪”。

2015年，物理學家首次用激光干涉引力波探測器檢測到了引力波，開啟了觀察宇宙的新時代。與此同時，其他科學家也一直在用地球上的射電望遠鏡追蹤這一神秘的“時空漣漪”。現在，探測引力波的“獵場”已經轉移到了太空，研究人員發現了一種尋找引力波的新方法。

一項近日發表于《科學》的新研究表明，費米伽馬射線空間望遠鏡在理論上也能感應到通過的引力波。盡管技術尚不足以支撐實際檢測，但它已經在幫助其他研究人員加強相關分析。

自2015年以來，美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)和歐洲室女座干涉儀(Virgo)這兩個大型探測器已經探測到數十個黑洞合并事件和一對中子星所產生的引力波。

探測器通過數公里長的真空管發射激光，當一束引力波通過時，它會改變真空管的長度(改變長度僅為質子寬度的1/10000)，然后就能檢測到引力波。

射電天文學家希望捕獲比LIGO和Virgo捕獲到的更大的獵物——超大質量黑洞(數十億個太陽的質量)的合并事件。但這種互相環繞的黑洞產生的波很長，一個周期要數年時間，因此捕捉它們需要一張覆蓋星系的“網”。于是，射電天文學家不再使用傳統的激光和真空管來探測，而轉向利用脈沖星“布網”。

當脈沖星旋轉時，它們發射的信號就像加強版燈塔光束一樣掃過宇宙，這樣地球上的天文學家每秒就能觀察到來自某些脈沖星的數百次閃光，其到達規律與原子鐘一致。當引力波從中穿過時將略微改變脈沖星和地球之間的距離，因此，天文學家希望通過監測銀河系中一組脈沖星多年來的脈沖到達時間，即脈沖星計時陣列(PTA)的微小變化來探測通過的引力波。

去年，北美和歐洲的PTA團隊宣布，他們通過十多年來的數據已經收集到了一些微弱的統計信號，暗示了宇宙背景引力波(即宇宙大范圍內超大質量黑洞合并的回響)的存在。研究小組正在繼續累積分析數據，再加入幾年的數據可能會鞏固上述結論。

現在費米伽馬射線空間望遠鏡也加入了引力波探測的行列中。

脈沖星除了發射大量無線電波外，還會發射伽馬射線。但許多天文學家懷疑他們的儀器是否能探測到引力波。

美國海軍研究實驗室伽馬射線天文學家、研究團隊負責人Matthew Kerr等人決定找出答案。他們分析了費米伽馬射線空間望遠鏡12.5年間從大約30個合適的脈沖星收集到的伽馬射線光子。

與僅在短時間內瞄準特定脈沖星的PTA不同，費米可以持續觀察大片空間，因此有幾個脈沖星總在它的視野內。但是伽馬范圍內的光子非常罕見，“費米經常一周內觀測不到任何光子。”Kerr說。

盡管如此，研究團隊仍然在費米的觀測檔案中的搜集到了足夠多的光子數據來制作伽馬射線PTA。和北美和歐洲的PTA團隊一樣，Kerr團隊也無法確定探測到的背景引力波。但他們能夠設定信號值上限。Kerr承認，基于伽馬射線的探測極限僅為射電PTA極限的1/3左右，但隨著費米收集到越來越多的數據，其靈敏度將有所改善。

一旦無線電PTA和伽馬射線PTA確定了背景引力波，研究人員的下一個目標將是超大質量黑洞雙星的探測，以了解這些旋轉的龐然大物如何影響它們周圍的星系。(作者：徐銳)

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