时空的涟漪:11年的引力波探测一无所获

发布日期: 2015-09-29

澳大利亚联邦科学与工业组织的帕克斯望远镜进行了11年的引力波搜寻,但未有发现,这推动了科学家挑战望远镜极限以探索宇宙,并重新思考黑洞间的碰撞机制。

爱因斯坦提出的广义相对论中的引力波概念已有100年了,一项由澳大利亚联邦科学与工业组织(CSIRO)的帕克斯望远镜执行了11年的引力波搜寻工作,结果一无所获,这为人类深入理解星系和黑洞带来深深的疑虑。根据爱因斯坦的广义相对论,宇宙就如同一块时空布,一旦大质量天体在时空布上移动,就会产生巨大的引力涟漪,也就是引力波。科学家认为它带有强大的吸引力,并且携带信息,这就允许我们追溯至宇宙起源的状态。

尽管科学家有强有力的间接证据证明它的存在,但至今我们仍然未能直接探测到。

利用帕克斯望远镜,科学家期待能探测到来自宇宙背景深处星系间合并而传来的引力波的“隆隆声”,但是他们什么都没听到。由CSIRO和国际射电天文学研究中心的Ryan Shannon博士率领的研究团队,发表在最近出版的《科学》杂志上报告称,他们持续11年用高精度的帕克斯望远镜来寻找引力波存在间接证据,但毫无所获。

Shannon博士说:“就引力波而言,在宇宙中似乎显得很安静。但是,这反而推动了我们不断的挑战望远镜的极限去探索宇宙,让我们进入一个新的科学边界,使我们能够更好的去理解星系和黑洞是如何运作的。”星系是通过合并来成长的,每个较大的星系中心都被认为潜藏着一个巨大的黑洞。当两个星系结合时,黑洞吸引到一起并形成双轨道。

爱因斯坦的理论预测双轨道会形成死亡螺旋,将引力波形成的时空涟漪,通过宇宙的结构——时空通道传送出来。爱因斯坦的广义相对论已经在许多地方都被证明是正确的,但是引力波的预言至今仍然是个空白,这就唤起我们必须重新思考黑洞间的碰撞机制,我们以往的理解是否正确?帕克斯望远镜,是一个有64米直径的射电望远镜,位于澳大利亚新南威尔士州。

Shannon博士的团队实用帕克斯望远镜通过检测一系列的“毫秒脉冲星”来寻找引力波,这些脉冲星就像是宇宙的时钟,可以很精确的产生脉冲信号。科学家记录脉冲星信号到达时间的精度达到了十亿亿分之一的量级。通过地球和毫秒脉冲星之间的引力波传播能够挤压或者拉伸空间,可以改变他们之间大约10米的距离。

这样的距离在宇宙尺度上简直不算什么,但是如果引力波存在,这点距离就能延缓信号的传播,我们就有望通过这极小的改变探测到引力波。但是,为什么科学家还未能找到引力波的蛛丝马迹?科学家怀疑黑洞是否合并得太快,盘旋的时间过短。莫纳什大学的一位研究人员Paul Lasky解释道:“黑洞周围的气体制造了摩擦力从而带走了能量,使它们很快的就纠缠在了一起。”

但不管如何解释,这都意味着天文学家想要通过脉冲星产生的引力波来证实它的存在,他们还需要花费很多年的时间来收集数据。英国剑桥大学在脉冲星计时这一领域的专家Lindley Lentati博士说:“如果探测更高的频率可能会有收获。”天文学家还将利用2018年开始建设的高灵敏平方公里阵列望远镜(Square Kilometre Array Telescope)来继续探测。

通过毫米脉冲星计时的方式未能找到引力波,并不对地面的一些引力波探测器有任何影响。比如激光干涉引力波天文台(LIGO)于上个星期开始对对宇宙进行探索。来自斯威本大学的项目研究成员Vikram Ravi博士说:“基于地面的探测器正在寻找其他高频引力波的来源,比如凝聚中子星。”

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