在这位艺术家的诠释中，一对超大质量黑洞(左上)发出的引力波在时空结构中荡漾。这些引力波压缩并拉伸了脉冲星(白色)发射的无线电波的路径。通过仔细测量无线电波，一组科学家最近首次探测到宇宙的引力波背景。图片来源:Aurore Simonnet的nanogravity合作项目
射电望远镜对银河系脉冲星的观测揭示了可能由巨大引力引起的时空扭曲Nal的波浪穿过存在的一切
你看不见也感觉不到，但你周围的一切——包括你自己的身体——都在慢慢地缩小和扩大。根据美国国家科学基金会纳米重力物理前沿中心的一组研究人员的一项新研究，这是引力波穿过我们银河系时产生的奇怪的时空扭曲效应。
最近发表在《天体物理学杂志通讯》上的这一发现是由北美纳赫兹引力波天文台(nanogrv)的研究人员组成的，这是一个由来自美国和国外50多个机构的研究人员组成的合作团队。该团队对被称为毫秒脉冲星的燃烧殆尽的恒星进行了分析，毫秒脉冲星每秒旋转数百次，并发射射电脉冲，就像高精度宇宙时钟的滴答声一样。研究小组通过比较15年来射电望远镜对60多颗脉冲星的观测数据，发现了这些脉冲星“跳动速率”的变化。他们的分析提供了证据，证明这些变化是由低频引力波引起的，这种引力波扭曲了被称为时空的物理现实结构。
一位艺术家描绘的一对近轨黑洞的引力波(在远处的左边可见)。引力波经过几颗脉冲星和地球(图右)。资料来源:李凯依“缟玛瑙”/美国国家科学基金会
根据nanogravity小组的发现，引力波造成的空间扭曲使脉冲星的无线电信号滴答率发生了变化。但实际上，是地球和脉冲星之间空间的拉伸和挤压导致它们的无线电脉冲比预期的早或晚十亿分之一秒到达地球。这些结果是引力波背景的第一个证据——引力波背景是一种时空扭曲的汤，弥漫在整个宇宙中，科学家们早就预测它的存在。
“从本质上讲，国家科学基金会的纳米重力小组创造了一个星系范围的探测器，揭示了渗透我们宇宙的引力波，”国家科学基金会主任塞图拉曼·潘查纳坦说。“美国各地研究机构的合作表明，世界级的科学创新能够、应该、也确实触及了我们国家的每一个角落。”
引力波最早是由阿尔伯特·爱因斯坦在1916年预测的。直到2015年激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到穿越地球的时空涟漪时，它们才得到证实。虽然这些引力涟漪的来源是两个遥远黑洞的碰撞，但LIGO探测到的空间扭曲比原子核还要小。
相比之下，nanogravity团队测量的脉冲星时移是几千亿分之一秒，代表了地球和脉冲星之间的时空弯曲，大约是一个足球场的长度。这些时空扭曲是由巨大的引力波引起的，两个波峰之间的距离是2-10光年，或者大约9-90万亿公里。
“这些是迄今为止已知存在的最强大的引力波，”西弗吉尼亚大学天体物理学家莫拉·麦克劳克林(Maura McLaughlin)说，他是纳米重力物理前沿中心的联合主任。“探测如此巨大的引力波需要一个同样巨大的探测器，还有耐心。”
利用美国国家科学基金会支持的天文台(包括西弗吉尼亚州的格林班克天文台、新墨西哥州索科罗的甚大阵列天文台和波多黎各的阿雷西博天文台)的射电望远镜记录的15年天文数据，nanogrv团队创建了一个由分布在天空中的67颗脉冲星组成的“探测器”，并比较了这些脉冲星对的运行速度。通过复杂的数据分析，他们推断出引力波背景的存在导致了空间的扭曲，从而解释了脉冲星的明显时间变化。
这是低频引力波存在的第一个证据，”范德比尔特大学天体物理学家斯蒂芬·泰勒说，他是nanogravity合作项目的主席，也是这项研究工作的联合负责人。“这些波的可能来源是遥远的一对近轨超大质量黑洞。”
美国国家科学基金会数学和物理科学助理主任肖恩·l·琼斯说:“关于宇宙的物理性质，我们还有很多尚未了解的地方，这就是为什么美国国家科学基金会支持像nanogravity这样大胆的团队努力，以扩大我们的知识，造福社会。”
该团队的研究结果为星系如何演化以及超大质量黑洞如何生长和合并提供了新的见解。他们的发现揭示了广泛的时空扭曲，这意味着超大质量的黑洞对可能在宇宙中同样广泛存在，数量可能达到数十万甚至数百万。最终，nanogravity团队希望能够通过追踪它们发射的引力波来识别特定的超大质量黑洞对。他们甚至可能发现早期宇宙中引力波的痕迹。
“虽然我们早期的数据告诉我们我们听到了一些东西，但我们现在知道这是引力宇宙的音乐，”nanogravity联合主任、俄勒冈州立大学天体物理学家Xavier Siemens说。“随着我们不断聆听，个别乐器将在这个宇宙管弦乐队中脱颖而出。”
有关这项研究的更多信息:首次“听到”来自合并的超大质量黑洞的引力波
参考文献:“nanogravity 15年数据集:《引力波背景的证据》作者:Gabriella Agazie、Akash Anumarlapudi、Anne M. Archibald、Zaven Arzoumanian、Paul T. Baker、Bence b
、Laura Blecha、Adam Brazier、Paul R. Brook、Sarah Burke-Spolaor、Rand Burnette、Robin Case、Maria Charisi、Shami Chatterjee、Katerina Chatziioannou、Belinda D. Cheeseboro、Siyuan Chen、Tyler Cohen、James M. Cordes、Neil J. Cornish、Fronefield Crawford、H. Thankful Cromartie、Kathryn Crowter、Curt J. Cutler、Megan E. DeCesar、Dallas DeGan、Paul B. Demorest, Heling Deng, Timothy Dolch, Brendan Drachler, Justin A. Ellis, Elizabeth C. Ferrara, William A. Fiore, Emmanuel Fonseca, Gabriel E. Freedman, Nate garfer - daniels, Peter A. Gentile, Kyle A. Gersbach, Joseph Glaser, Deborah C. Good, Kayhan gltekin, Jeffrey S. Hazboun, Sophie Hourihane, Kristina Islo, Ross J. Jennings, Aaron D. Johnson, Megan L. Jones, Andrew R. Kaiser, David L. Kaplan, Luke Zoltan Kelley, Matthew Kerr, Joey S. Key, Tonia C. Klein, Nima Laal, Michael T. Lam，William G. Lamb, T. Joseph W. Lazio, Natalia Lewandowska, Tyson B. Littenberg, Tingting Liu, Andrea Lommen, Duncan R. Lorimer, Jing Luo, Ryan S. Lynch, Ma chong - pei, Dustin R. Madison, Margaret A. Mattson, Alexander mccewen, James W. McKee, Maura A. McLaughlin, Natasha McMann, Bradley W. Meyers, Patrick M. Meyers, Chiara M. F. Mingarelli, Andrea Mitridate, Priyamvada Natarajan, Cherry Ng, David J. Nice, Stella Koch Ocker, Ken D. Olum, Timothy T. Pennucci, Benetge B. P. Perera, Polina Petrov，Nihan S. Pol、Henri A. Radovan、Scott M. Ransom、Paul S. Ray、Joseph D. Romano、Shashwat C. Sardesai、Ann Schmiedekamp、Carl Schmiedekamp、Kai Schmitz、Levi Schult、Brent J. Shapiro-Albert、Xavier Siemens、Joseph Simon、Magdalena S. Siwek、Ingrid H. Stairs、Daniel R. stiinebring、Kevin Stovall、Jerry P. Sun、Abhimanyu Susobhanan、Joseph K. Swiggum、Jacob Taylor、Stephen R. Taylor、Jacob E. Turner、Caner Unal、Michele Vallisneri、Rutger van Haasteren、Sarah J. Vigeland、Haley M. Wahl、王巧红，Caitlin A. Witt, Olivia Young和nanogravity合作，2023年6月29日，《天体物理学报》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / acdac6
