黑洞碰撞产生光年长度的引力波

在一项震惊世界的声明中，一个国际天文学家联盟提出的证据表明，宇宙的结构本身正在不断地振动着光年长度的引力波。

这些时空的低频扰动是在被称为脉冲星的快速旋转的中子星，大质量恒星超新星爆炸后的残骸星系网络的帮助下看到的。

脉冲星的名字是有规律的无线电光脉冲，作为精确的宇宙节拍器，每颗恒星旋转一次就会撞击到我们，每秒可达数百次。

由于引力波拉伸和挤压了它们所经过的空间，稍微改变了与脉冲星的距离，如果这些节拍器在天空中以特定的模式早一点或晚一点到达来源，就可以推断出它们的存在。

虽然天文学家们对这一最新进展感到非常兴奋，但如果你有一点似曾相识的感觉也是可以理解的。我们不是已经探测到了引力波吗，我们不是知道这些东西在那里吗。

脉冲星计时阵列并没有为我们带来引力波存在的第一个证据。

这一荣誉属于LIGO实验，它在2015年末检测到了空间的剧烈扰动，这是由于两个大约30太阳质量的黑洞在一个遥远的星系中发生了碰撞。

从那时起，总共检测到了近100起涉及黑洞和中子星的合并事件。

最大的区别是频率的不同。正如电磁辐射--光--存在于一个频谱上，从高频伽马射线到可见光再到低频无线电波，引力波也由不同种类的宇宙事件在不同的频率上产生。

主要因素是物体的质量和它们围绕对方旋转的速度。具有恒星质量的黑洞，那些由大质量恒星坍缩产生的黑洞，在最后的吸气过程中每秒围绕对方旋转数百次，并在碰撞的瞬间产生一阵引力波。

这些波因此具有高频率和短波长，与我们在地球上拥有的仪器的灵敏度范围相匹配。

另一方面，超大质量黑洞对在以年为周期运行时发出明显的引力波，产生光年长的波，需要一个星系大小的探测器，收集几十年的数据。

LIGO向我们展示的东西和我们从PTA得到的东西之间的区别，就像光学望远镜的图像和无线电天线的图像之间的区别。不仅数据和观测方法完全不同，我们从中了解到的关于宇宙的教训也完全不同。

合作组织最清楚地看到的主要结果是，低频引力波存在于我们周围的宇宙中。

尽管这次发布的数据包括15年的数据，但还不足以向我们展示具体的来源。但是这个信号与一对超大质量黑洞在其星系碰撞时合并的最终轨道所产生的宇宙大合唱是一致的。

假设背景主要是由超大质量黑洞碰撞造成的，其中包含的信息是惊人的。仅仅是这些最初的初步结果，已经有迹象表明，星系合并的最后阶段可能比我们预期的更令人兴奋。

根据对星系及其超大质量黑洞如何碰撞的最直接的计算，这个信号比天文学家想象的要大一些。

这可能表明，平均而言，超大质量黑洞的质量更大，或者碰撞比预期的更频繁。还有一些迹象表明，碰撞是由它们发生的天体物理环境帮助进行的。

星系的中心区域有点混乱，所有的恒星和气体的综合作用，也许还有一些挂在它们周围的意想不到的东西，足以使超大质量黑洞推搡，使它们更早地走到一起。

只要再观察几年，并结合所有PTA的数据，我们就应该开始能够看到个别来源的暗示。这就提出了多信使天文学的前景，在这种情况下，引力波事件可以提醒我们注意正在进行的合并，而我们也可能用传统的望远镜来观察。

LIGO实验通过捕捉恒星残骸的最后时刻为我们提供了一个关于恒星形成和演化的新视角，而PTAs将能够向我们展示星系的演化和积聚，宇宙大尺度结构的基本单位。

当然，这一切都取决于信号是否真的源自超大质量黑洞的碰撞。我们可能在这方面完全错了，这将是目前最令人激动的可能性。

可能塑造了早期宇宙的暴力过程也可以产生低频引力波的背景，某些类型的暗物质和一些假设的异国大爆炸遗迹也是如此。

探测到这些信号中的任何一个，无论是作为主导信号还是作为对它的某种贡献，都将彻底改变我们对宇宙历史的理解。

人们经常说，每当我们为宇宙打开一扇新的窗户时，我们就会发现一些完全新的和出乎意料的东西。在未来几年里，PTA照亮我们时空环境的全部力量将被揭示出来。

也许它们会让我们更好地看到宇宙结构的堆积；也许它们会让我们所有人完全感到惊讶。就我个人而言，我已经迫不及待地想知道了。