利用星系大小的探测器，天文学家探测到来

　　利用星系大小的探测器，天文学家探测到来自超大质量黑洞对的引力波。鸣谢:奥兹格拉夫/史文朋/卡尔·诺克斯

　　据《对话》（丹尼尔·里尔登和安德鲁·齐克）：当黑洞和其他质量巨大、密度高的物体相互旋转时，它们会在空间和时间中发出被称为引力波的波纹。这些波是我们研究创造它们的神秘宇宙巨人的少数方法之一。

　　天文学家已经观察到碰撞黑洞的高频“啁啾声”，但超大质量黑洞围绕另一个黑洞运行的超低频隆隆声已被证明更难检测。几十年来，我们一直在观察脉冲星，一种像灯塔一样发出脉冲的恒星，以寻找这些波的微弱波动。

　　今天，世界各地的脉冲星研究合作——包括我们的巴夏礼脉冲星计时阵列——宣布了他们迄今为止证明这些波存在的最有力证据。

　　什么是引力波？

　　1915年，德国出生的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出了对引力本质的突破性见解:广义相对论。

　　该理论将宇宙描述为一个名为时空的四维“结构”，可以拉伸、挤压、弯曲和扭曲。巨大的物体扭曲了这种结构，产生了重力。

　　该理论的一个奇怪的结果是，大质量物体的运动应该在这种结构中产生涟漪，称为引力波，以光速传播。

　　产生这些微小的涟漪需要巨大的能量。由于这个原因，爱因斯坦确信引力波永远不会被直接观测到。

　　一个世纪后，来自LIGO和处女座合作的研究人员目睹了两个黑洞的碰撞，这导致了引力波的爆发，在整个宇宙中啁啾。

　　现在，在这一发现的七年后，来自澳大利亚、中国、欧洲、印度和北美的射电天文学家已经找到了超低频引力波的证据。

　　引力波缓慢的隆隆声

　　与2016年报道的引力波突然爆发不同，这些超低频引力波需要数年甚至数十年才能振荡。

　　它们被认为是由成对的超大质量黑洞产生的，围绕着宇宙中遥远星系的核心运行。为了找到这些引力波，科学家们需要建造一个星系大小的探测器。

　　或者我们可以使用脉冲星，它们已经遍布银河系，其脉冲以精确时钟的规则性到达我们的望远镜。

　　CSIRO的巴夏礼射电望远镜Murriyang已经对这些脉冲星阵列进行了近20年的观测。我们的巴夏礼脉冲星计时阵列团队是世界各地几个合作伙伴之一，他们今天在最新的数据集中宣布了引力波的迹象。

　　在中国(CPTA)、欧洲和印度(EPTA和印度)，以及北美(NANOGrav)的其他合作也看到了类似的信号。

　　当引力波扭曲地球周围的时空时，它们会扭曲来自遥远脉冲星的无线电波的到达时间。鸣谢:奥兹格拉夫/史文朋/卡尔·诺克斯

　　我们正在寻找的信号是宇宙中所有超大质量黑洞对产生的随机引力波“海洋”。

　　观察这些波不仅是爱因斯坦理论的另一个胜利，而且对我们理解宇宙中星系的历史有着重要的意义。超大质量黑洞是星系中心的引擎，以气体为食，调节恒星的形成。

　　信号表现为低频隆隆声，是阵列中所有脉冲星共有的。当引力波冲刷地球时，它们会影响脉冲星的表观自转速率。

　　这些波对我们星系的拉伸和挤压最终只会改变到脉冲星的距离几十米。当脉冲星通常距离我们大约1000光年时，这并不算多(大约是100亿米)。

　　值得注意的是，我们可以观察到这些脉冲的纳秒延迟的时空变化，射电天文学家可以相对容易地跟踪这些变化，因为脉冲星是如此稳定的天然时钟。

　　宣布了什么？

　　因为超低频引力波需要数年才能振荡，所以信号预计会慢慢出现。

　　首先，射电天文学家在脉冲星中观察到一种常见的隆隆声，但其来源不明。

　　现在，引力波的独特指纹开始作为这一信号的属性出现，由世界各地的每一个脉冲星计时阵列合作观察到。

　　这个指纹描述了脉冲延迟的相似性和天空中脉冲星对之间的分离角之间的特定关系。

　　这种关系的出现是因为地球上的时空被拉长了，以一种依赖于脉冲星方向的方式改变了它们与脉冲星的距离。举例来说，天空中相互靠近的脉冲星比以直角分开的脉冲星显示出更相似的信号。

　　我们天文台改进的技术使这一突破成为可能。由于安装在Murriyang上的先进接收器和信号处理技术，巴夏礼脉冲星计时阵列拥有最长的高质量数据集。这项技术使望远镜能够发现许多全球合作用于引力波搜索的最佳脉冲星。

　　我们和其他人合作的早期结果显示，脉冲星观测中缺少预期的引力波信号。

　　现在，我们似乎相对清晰地看到了这个信号。通过将我们的长数据集分割成更短的“时间片”，我们显示信号似乎随着时间而增长。这一观察的潜在原因尚不清楚，但它可能是引力波的行为出乎意料。

　　超低频引力波的新证据令天文学家兴奋不已。为了确认这些签名，全球合作将需要结合他们的数据集，这将增加他们对引力波的敏感度许多倍。

　　国际脉冲星计时阵列项目正在努力制作这一组合数据集，该项目成员上周在昆士兰州北部的道格拉斯港举行了会议。未来的观测站，像澳大利亚和南非正在建设的平方公里阵列，将把这些研究变成关于我们宇宙历史的丰富知识来源。