终于有了低频引力波的证据

物理学家们首次发现了“低频引力波”的“令人信服的证据”。这些引力波通常是由于宇宙中巨大物体之间的相互轨道引起的时空涟漪。这些波可能来自宇宙中最大的一些黑洞成对发射并与其他深空物体碰撞，产生足以被科学家捕捉到的微妙信号。北美纳赫引力波天文台（NANOGrav）在《天体物理学杂志快报》上发表了一系列新发现的论文。该团队将于周四下午在美国国家科学基金会和YouTube向公众展示他们的结果。NANOGrav团队与国际同事协调，欧洲、印度、澳大利亚和中国的单独合作同时发布了类似的发现。小组之间的一致性为他们的结论增添了分量，即这些长期被理论化的引力波实际上是存在的。

NANOGrav主席斯蒂芬·泰勒在6月27日的新闻发布会上表示:“过去15年里，我们一直在寻找能够扭曲时空并传播到整个宇宙和我们银河系的低频引力波信号。我们非常高兴地宣布，我们的努力得到了回报。”泰勒指出，NANOGrav的测量结果与阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的预测一致。按照这个理论，当黑洞相互环绕时，它们会在时空结构中形成皱纹，并以光速向外传播。然而，一个世纪以前，人们似乎几乎无法从地球上探测到这种现象。实际上，直到2015年，美国激光干涉引力波天文台合作项目才发现了这个现象，让物理学界感到兴奋不已。

LIGO小组和欧洲处女座合作项目已经发现了几十个引力波，其中大部分来自恒星大小的黑洞合并以及黑洞和中子星之间的合并。然而，NANOGrav科学家寻找的引力波非常不同:它们是在低得多的频率下测量的，可能来自超大质量黑洞，这些巨大的物体位于大多数星系的中心，包括我们自己的星系，重量高达数亿甚至数十亿个太阳。在NANOGrav和其他团队发布的出版物中，科学家们描述了他们的分析，同时也展示了引力波如何弥漫宇宙。他们还推测，如果这些引力波最终不是来自超大质量黑洞，可能还有其他来源——像宇宙弦或宇宙膨胀这样的奇异候选者。

NANOGrav及其国际同行，如欧洲脉冲星计时阵列，利用银河系中分散的脉冲星来测量引力波的信号。这些脉冲星有时被称为“太空灯塔”，是死亡的大质量恒星的核心，在自身重量下坍塌成为超新星。其中一些脉冲星每秒旋转数百次，同时从磁轴发出辐射。研究人员使用这些脉冲作为难以置信的精确宇宙时钟，精确定位脉冲星的位置。通过监测这些脉冲星的信号，科学家们能够探测到引力波对时空的扭曲，从而推断引力波的存在。

威尔Knight、Dell卡梅隆、阿里安·马歇尔和帕雷什·戴夫等NANOGrav团队成员通过测量脉冲星的信号，试图确定引力波何时推动这些脉冲星，让银河系成为一个巨大的引力波探测器。当巨大黑洞相互碰撞或其他极其高能的过程发生时，会产生引力波，而这些引力波对时空的扭曲非常微小，会影响脉冲星的信号间隔。NANOGrav研究人员测量了68颗脉冲星之间微小的变化，并尝试找到它们之间的联系，发现了一种可能是低频引力波的迹象。其他合作团队也在对不同的脉冲星进行类似的研究。

这些团队花费了十多年的时间进行数据采集和分析，以降低测量结果的不确定性，并确保他们所观察到的迹象确实是引力波的存在，而不是其他宇宙现象或仅仅是噪音。NANOGrav团队由近200位成员组成，他们进行了统计分析，发现所观察到的信号发生的概率小于-1000分之一，这意味着这个结果不太可能是偶然发生的。其他合作团队也发现了类似的具有显著统计意义的结果。

尽管这些很可能是来自巨大黑洞的真正引力波的迹象，但研究小组不愿用“探测”这个词来描述他们的发现。九年前，美国BICEP2合作使用南极望远镜声称探测到了来自大爆炸的原始引力波，但后来发现他们的信号实际上来自银河系中的尘埃颗粒。这使得研究人员对他们的结论持谨慎态度。“引力波界对这些事情非常谨慎，”。

NANOGrav团队利用了几个射电望远镜进行测量，包括位于西弗吉尼亚州的格林班克天文台、新墨西哥州的超大阵列和波多黎各的巨大阿雷西博天文台。其他团队使用了来自五个欧洲国家、印度、中国和澳大利亚的射电望远镜。最近，更多的望远镜加入了这项工作，包括加拿大的CHIME和南非的MeerTime。兰森表示，美国和中国科学家之间的合作非常值得关注。尽管2011年颁布了一项名为沃尔夫修正案的有争议的法律，禁止美国航天局直接与中国实体合作出于安全考虑，但这种限制不适用于国家科学基金会资助的NANOGrav等项目。兰森说:“政治因素使我们的一些合作变得棘手。我们必须找到一种合作的方式，因为当我们这样做时，科学肯定会更进一步”。

这些团队通过国际脉冲星计时阵列这种超级合作方式进行相互协调。尽管团队成员地理分布广泛，使得科学家们在不同时区难以进行交流，但他们能够整合各自的数据集，提高测量的准确性和信心度。

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