研究人员发现了宇宙中存在引力波“背景”的第一个直接证据——这一迹象表明，可以在地球的背景场中检测到来自缓慢合并的超大质量黑洞对或可能来自早期宇宙的引力波。低频能量。
这一发现由北美纳赫兹引力波天文台(NANOGrav)发现，有助于确认星系形成和黑洞生长标准模型的准确性。
NANOGrav 科学家，包括耶鲁大学的 Chiara Mingarelli，于 6 月 29 日在《天体物理学杂志快报》上发表了五项新研究的发现。
“这些都是我们试图回答的关于宇宙如何演化的重大问题，”耶鲁大学艺术与科学学院物理学助理教授明加雷利说。“我从小就对帮助寻找这些答案感兴趣。这真是令人敬畏。”
引力波是时空结构中的涟漪，可能是由两个黑洞合并引起的。阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein) 在 1915 年预言了引力波的存在，作为其广义相对论的一部分。一个世纪后，激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的科学家宣布首次观测到引力波。
然而，LIGO 科学家只能探测到引力波谱高频端的波。为了寻找引力波谱低端的波——例如来自超大质量黑洞碰撞的更远、更强大的波——需要一种不同的探测方法。
NANOGrav 项目始于 2007 年，由来自 70 多个机构的 170 多名研究人员组成，率先提出了一种以脉冲星为中心的探测方法。
脉冲星是快速旋转的中子星——大质量恒星爆炸后塌缩的核心。脉冲星发出的电发射可以精确到毫秒，使每一个脉冲星都成为一个超精确的宇宙时钟。
在和加拿大几台地面望远镜的帮助下，NANOGrav 创建了一个精确定时的脉冲星网络，这使得 NANOGrav 研究人员能够测量和跟踪以前未检测到的低频引力波，当它们到达地球时。当引力波冲过脉冲星时，会改变阵列中的脉冲星与地球之间的距离，这意味着通常稳定的脉冲星信号会先早后晚到达地球。
引力波在脉冲星计时信号中留下了不可磨灭但难以检测的信号。
这五项新研究分别阐明了引力波背景场的探测、NANOGrav 收集的数据、数据的表征、基础物理测试以及超大质量黑洞物理方面的数据的天体物理解释。
耶鲁大学约瑟夫·S·弗鲁顿和索菲亚·S·弗鲁顿天文学教授兼物理学教授普里亚姆瓦达·纳塔拉詹 (Priyamvada Natarajan) 表示，这些发现“打开了一个诱人的新窗口——引力波窗口——并让我们第一次看到超大质量黑洞的数量”。艺术与科学学院兼天文学系主任，他是探测研究的合著者。
NANOGrav 成员 Natarajan 补充道：“对于我们这些一直在构建黑洞种群增长和演化模型的人来说，这确实令人兴奋，其中合并是黑洞增长的一种关键模式。”合作。
明加雷利指出，这些发现证实了宇宙如何运作的标准模型，特别是在超大质量黑洞方面。
“到目前为止，我们所能看到的所有超大质量黑洞都是及时的快照，”她说。“直接看到合并的超大质量黑洞几乎是不可能的——它们的轨道太近，意味着它们距离太近，无法单独看到，因为它们距离太远。现在，我们第一次有证据表明它们合并了。我们不需要看到他们，我们就能听到他们的声音。”
Mingarelli 于 2014 年加入 NANOGrav 项目，此前是欧洲脉冲星计时阵列的成员。她的工作涉及模拟引力波背景和解释 NANOGrav 数据，以了解气体和恒星如何影响超大质量黑洞合并的波信号。她还创建了工具来绘制引力波天空地图，以查看哪里可能存在更高浓度的引力波信号。
她说，NANOGrav 的下一步研究议程将是确定附近是否存在可以在引力波背景之上脱颖而出的合并超大质量黑洞系统，以及除了黑洞之外的早期宇宙中产生引力波的其他事件。
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