上周，研究黑洞的科學(xué)家們報(bào)告說(shuō)，他們?cè)O(shè)法將整個(gè)地球變成了一個(gè)巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，使他們可以拍攝5500萬(wàn)光年以外的超大質(zhì)量黑洞。現(xiàn)在，另一組黑洞研究人員報(bào)道了將整個(gè)星系變成更龐大的黑洞探測(cè)器的方法 - 這一次尋找成對(duì)的超大質(zhì)量黑洞，在遙遠(yuǎn)的星系中相互繞行。
該項(xiàng)目名為NANOGrav，在科羅拉多州丹佛市的美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上進(jìn)行了描述。它試圖通過(guò)它們?cè)谝活惙Q為毫秒脈沖星的天文物體上產(chǎn)生的引力波的作用來(lái)發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞對(duì)。
引力波是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的漣漪，由大質(zhì)量物體(包括黑洞)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。這些波浪導(dǎo)致空間膨脹，收縮或振動(dòng)，從而扭曲了我們所居住的媒介。
脈沖星是坍塌的死星遺留物，它發(fā)出的無(wú)線電光束掃過(guò)天空，就像宇宙燈塔的眨眼瞬間眨眼一樣。毫秒脈沖星閃爍得如此之快，以至于它們每秒發(fā)出大量脈沖。
美國(guó)宇航局位于加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的天體物理學(xué)家約瑟夫西蒙說(shuō)：“它們就像真正穩(wěn)定的鐘表一樣，遍布銀河系。”
“脈沖星是我們?cè)谟钪嬷凶顪?zhǔn)確的時(shí)鐘之一，”澳大利亞國(guó)立大學(xué)的天體物理學(xué)家和宇宙學(xué)家布拉德塔克說(shuō)，他不是NANOGrav團(tuán)隊(duì)的成員。“它們的觀測(cè)結(jié)果甚至用于校準(zhǔn)GPS衛(wèi)星。”
黑洞對(duì)脈沖星沒有直接影響，但天文物理學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)星系合并時(shí)，它們中心的超大質(zhì)量黑洞在它們最終合并之前會(huì)長(zhǎng)時(shí)間繞軌道運(yùn)行。
由于這些對(duì)彼此相互纏繞，它們應(yīng)該發(fā)射引力波，這些引力波與它們的軌道周期一起振蕩。NANOGrav的目標(biāo)是通過(guò)它們對(duì)通過(guò)它們的脈沖星信號(hào)的精確定時(shí)的影響來(lái)檢測(cè)這些波。
“隨著引力波經(jīng)過(guò)地球，它將拉伸并擠壓時(shí)空，”西蒙說(shuō)。“因此，來(lái)自脈沖星的脈沖必須行進(jìn)稍長(zhǎng)的距離或略短的距離。在我們的期望之后，它會(huì)更快或稍微到達(dá)這里。“
并不是說(shuō)這是一個(gè)巨大的影響。“我們正在尋找的變化不到一微秒，”西蒙說(shuō) - 鑒于我們的星球也在旋轉(zhuǎn)和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，這是一個(gè)難以發(fā)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，兩者都會(huì)在任何給定的脈沖星信號(hào)的到達(dá)時(shí)間上產(chǎn)生更大的差異任何給定的射電望遠(yuǎn)鏡都不是NANOGrav項(xiàng)目所尋求的微小影響。
它也不是一種快速的效果。項(xiàng)目名稱中的“nano”不是指納秒。相反，它指的是nanohertz：每秒僅完成十億分之一周期的事件。
換句話說(shuō)，一個(gè)完整的周期大約需要30年。
為了檢測(cè)這一點(diǎn)，NANOGrav團(tuán)隊(duì)自2006年底以來(lái)一直在監(jiān)測(cè)48個(gè)脈沖星。這意味著他們已經(jīng)累積了12年半的數(shù)據(jù)，但這還不足以發(fā)現(xiàn)納赫茲周期的一小部分。
然而，它正在接近。
“我們期待在未來(lái)三到四年內(nèi)，我們將能夠發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，具體取決于實(shí)際的強(qiáng)度，”西蒙說(shuō)。
他補(bǔ)充說(shuō)，他的目標(biāo)與LIGO項(xiàng)目(及其歐洲同行，處女座)的目標(biāo)截然不同，后者成功地使用了數(shù)公里長(zhǎng)的激光探測(cè)器來(lái)發(fā)現(xiàn)合并后的更快速的引力波振蕩。更小(恒星質(zhì)量)的黑洞和中子星。
這也是路易斯安那州立大學(xué)巴吞魯日項(xiàng)目的一個(gè)世界，該項(xiàng)目建立了一個(gè)“桌面”版本的LIGO，它包含了極小的鏡子，大約是人類頭發(fā)的直徑，以提高靈敏度。用于LIGO和處女座的下一輪先進(jìn)探測(cè)器本身。
但NANOGrav的愿景給所有類型的引力波研究人員留下了深刻的印象。
“NANOGrav所做的工作非常棒，”路易斯安那州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Thomas Corbitt說(shuō)。“令人驚訝的是，同樣的物理學(xué)管理著這些截然不同的黑洞。”
“這是另一種探索太空極端環(huán)境的聰明方法，”塔克補(bǔ)充道。“這些讓我興奮的想法 - 使用對(duì)完全不同的東西進(jìn)行精確觀察 - 就像設(shè)計(jì)用于尋找行星的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡如何告訴我們很多關(guān)于爆炸的恒星和黑洞一樣。”
他繼續(xù)說(shuō)，更多地了解超大質(zhì)量黑洞本身就很重要。“我們認(rèn)為幾乎每個(gè)大星系都有它們，”他說(shuō)。“[他們]是測(cè)試極端物理學(xué)的最終實(shí)驗(yàn)室 - 不僅是重力，還有時(shí)間本身。”
“偉大的事情，”澳大利亞國(guó)立大學(xué)引力物理中心主任大衛(wèi)麥克萊蘭補(bǔ)充說(shuō)，LIGO和處女座已經(jīng)證明存在引力波，“并且可以直接檢測(cè)到。”這只是時(shí)間問題，他說(shuō)，直到其他項(xiàng)目，如NANOGrav也檢測(cè)到它們。