【今日視點(diǎn)】
◎本報(bào)記者 張夢(mèng)然
有一種東西，你看不到也感覺不到它，但你周圍的一切，包括你自己的身體，都因它慢慢地縮小和擴(kuò)大。這是穿過(guò)我們星系的引力波產(chǎn)生的奇怪時(shí)空扭曲效應(yīng)。
經(jīng)過(guò)15年的數(shù)據(jù)收集，現(xiàn)在，科學(xué)家們第一次“聆聽”到了在宇宙中蕩漾著的引力波永恒合唱，聲音比預(yù)期要大得多。
這是針對(duì)引力波背景的劃時(shí)代重大發(fā)現(xiàn)。
這是人類能測(cè)量的上限
引力波背景輻射是由許多不同的引力波源疊加而成的，它們的頻率和強(qiáng)度都不相同，但都很低，它們應(yīng)該存在于我們周圍，并可能會(huì)告訴我們它恒久隱藏著的重要信息。但遺憾的是，關(guān)于其存在和組成，一直只是理論化的產(chǎn)物。
29日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上的一系列新論文中，科學(xué)家報(bào)告了他們的成果。此次探測(cè)到的引力波背景最可能的來(lái)源是陷入“死亡螺旋”的一對(duì)超大質(zhì)量黑洞。這些黑洞龐大到能達(dá)到數(shù)十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。由于幾乎所有星系，包括銀河系中心都盤踞著這樣一個(gè)黑洞怪物。因此當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，它們的超大質(zhì)量黑洞會(huì)相遇并開始相互繞轉(zhuǎn)。一旦兩個(gè)黑洞足夠接近，就有可能被脈沖星計(jì)時(shí)陣列觀測(cè)到。
如果將引力波背景比喻成古老而神秘的歌聲，那么“合唱團(tuán)”每天都在以不同的頻率演出。現(xiàn)在，通過(guò)對(duì)脈沖星的監(jiān)測(cè)，科學(xué)家終于聽到了歌聲，換句話說(shuō)，就是拿到引力波背景的第一個(gè)證據(jù)。
北美納赫茲引力波天文臺(tái)(NANOGrav)的科學(xué)家表示，目前他們還只能測(cè)量整體引力波背景，而不能測(cè)量單個(gè)“歌手”或“樂(lè)器”的輻射。即便如此，也足以令整個(gè)天文物理學(xué)界驚喜。
因?yàn)椤耙Σū尘暗穆曇舸蠹s是我預(yù)期的兩倍”，現(xiàn)為耶魯大學(xué)助理教授明加雷利說(shuō)：“這是我們的模型能從超大質(zhì)量黑洞中創(chuàng)建的模型的上限。”
科學(xué)家們等于開啟了一個(gè)未知領(lǐng)域。由于實(shí)驗(yàn)限制，他們無(wú)法估計(jì)是否有可能別的其他東西也正在產(chǎn)生強(qiáng)大引力波，例如弦理論預(yù)測(cè)的機(jī)制或宇宙誕生的其他解釋。
接下來(lái)，才是慢慢解謎的開始。
一次銀河系級(jí)別的實(shí)驗(yàn)
這次捕捉到的引力波與之前測(cè)量到的任何引力波都大不相同。
激光干涉引力波天文臺(tái)和歐洲室女座干涉儀等地面儀器前幾次檢測(cè)到的是高頻波，引力波背景則是由超低頻波組成的。其中一個(gè)波浪的單次起伏，可能也需要數(shù)年甚至數(shù)十年的時(shí)間才能傳遞過(guò)去。由于引力波以光速傳播，單個(gè)波長(zhǎng)可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十光年。
地球上沒有任何實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱綔y(cè)到如此巨大的波，但“宇宙燈塔”脈沖星可以。
脈沖星是一種高速旋轉(zhuǎn)、高度穩(wěn)定、強(qiáng)烈輻射電磁波的星體。脈沖到達(dá)地球的規(guī)律就像節(jié)拍器一樣精確，當(dāng)引力波在地球和脈沖星之間通過(guò)時(shí)，無(wú)線電波計(jì)時(shí)就會(huì)立刻被擾亂。脈沖星計(jì)時(shí)陣列也就成為了當(dāng)前最有希望探測(cè)到引力波背景的方法。
15年來(lái)，天文學(xué)家們對(duì)銀河系中數(shù)十個(gè)毫秒脈沖星的無(wú)線電波進(jìn)行了密切計(jì)時(shí)，此次的新發(fā)現(xiàn)就來(lái)自對(duì)67顆脈沖星陣列進(jìn)行詳細(xì)分析的結(jié)果。
為了這一結(jié)果，科學(xué)家們每年需要在世界上最大的望遠(yuǎn)鏡上花費(fèi)數(shù)千小時(shí)。因?yàn)椋M管聽起來(lái)很強(qiáng)大，但“脈沖星其實(shí)也是非常微弱的射電源”，NANOGrav物理前沿中心聯(lián)合主任莫拉·麥克勞林說(shuō)。
期待“宇宙管弦樂(lè)隊(duì)”的未來(lái)演出
關(guān)于宇宙的物理本質(zhì)，人類還有很多東西需要了解，這離不開國(guó)際間科學(xué)家的通力合作。
NANOGrav團(tuán)隊(duì)并不是唯一一個(gè)報(bào)告引力波背景的團(tuán)隊(duì)。中國(guó)、歐洲、印度和澳大利亞團(tuán)隊(duì)發(fā)表的多篇論文報(bào)告稱，他們的數(shù)據(jù)中存在相同的引力波背景信號(hào)。通過(guò)國(guó)際脈沖星計(jì)時(shí)陣列聯(lián)盟，各個(gè)小組也正在匯集他們的數(shù)據(jù)，以更好地表征信號(hào)并識(shí)別其來(lái)源。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)主任塞瑟萊曼·潘查納山表示，科學(xué)家們此次“在本質(zhì)上創(chuàng)建了一個(gè)全銀河系探測(cè)器，揭示了彌漫在宇宙中的引力波”。這是美國(guó)和世界各地研究機(jī)構(gòu)的合作成果。
全世界對(duì)引力波背景的探索將持續(xù)下去。
NANOGrav聯(lián)合主任、俄勒岡州立大學(xué)天體物理學(xué)家澤維爾·西蒙斯表示，當(dāng)人類繼續(xù)側(cè)耳“聆聽”時(shí)，個(gè)別“樂(lè)器”將在“宇宙管弦樂(lè)隊(duì)”中脫穎而出。