黑洞碰撞產生光年長度的引力波

在一項震驚世界的聲明中，一個國際天文學家聯盟提出的證據表明，宇宙的結構本身正在不斷地振動着光年長度的引力波。

這些時空的低頻擾動是在被稱爲脈衝星的快速旋轉的中子星，大質量恆星超新星爆炸後的殘骸星系網絡的幫助下看到的。

脈衝星的名字是有規律的無線電光脈衝，作爲精確的宇宙節拍器，每顆恆星旋轉一次就會撞擊到我們，每秒可達數百次。

由於引力波拉伸和擠壓了它們所經過的空間，稍微改變了與脈衝星的距離，如果這些節拍器在天空中以特定的模式早一點或晚一點到達來源，就可以推斷出它們的存在。

雖然天文學家們對這一最新進展感到非常興奮，但如果你有一點似曾相識的感覺也是可以理解的。我們不是已經探測到了引力波嗎，我們不是知道這些東西在那裡嗎。

脈衝星計時陣列並沒有爲我們帶來引力波存在的第一個證據。

這一榮譽屬於LIGO實驗，它在2015年末檢測到了空間的劇烈擾動，這是由於兩個大約30太陽質量的黑洞在一個遙遠的星系中發生了碰撞。

從那時起，總共檢測到了近100起涉及黑洞和中子星的合併事件。

最大的區別是頻率的不同。正如電磁輻射--光--存在於一個頻譜上，從高頻伽馬射線到可見光再到低頻無線電波，引力波也由不同種類的宇宙事件在不同的頻率上產生。

主要因素是物體的質量和它們圍繞對方旋轉的速度。具有恆星質量的黑洞，那些由大質量恆星坍縮產生的黑洞，在最後的吸氣過程中每秒圍繞對方旋轉數百次，並在碰撞的瞬間產生一陣引力波。

這些波因此具有高頻率和短波長，與我們在地球上擁有的儀器的靈敏度範圍相匹配。

另一方面，超大質量黑洞對在以年爲週期運行時發出明顯的引力波，產生光年長的波，需要一個星系大小的探測器，收集幾十年的數據。

LIGO向我們展示的東西和我們從PTA得到的東西之間的區別，就像光學望遠鏡的圖像和無線電天線的圖像之間的區別。不僅數據和觀測方法完全不同，我們從中瞭解到的關於宇宙的教訓也完全不同。

合作組織最清楚地看到的主要結果是，低頻引力波存在於我們周圍的宇宙中。

儘管這次發佈的數據包括15年的數據，但還不足以向我們展示具體的來源。但是這個信號與一對超大質量黑洞在其星系碰撞時合併的最終軌道所產生的宇宙大合唱是一致的。

假設背景主要是由超大質量黑洞碰撞造成的，其中包含的信息是驚人的。僅僅是這些最初的初步結果，已經有跡象表明，星系合併的最後階段可能比我們預期的更令人興奮。

根據對星系及其超大質量黑洞如何碰撞的最直接的計算，這個信號比天文學家想象的要大一些。

這可能表明，平均而言，超大質量黑洞的質量更大，或者碰撞比預期的更頻繁。還有一些跡象表明，碰撞是由它們發生的天體物理環境幫助進行的。

星系的中心區域有點混亂，所有的恆星和氣體的綜合作用，也許還有一些掛在它們周圍的意想不到的東西，足以使超大質量黑洞推搡，使它們更早地走到一起。

只要再觀察幾年，並結合所有PTA的數據，我們就應該開始能夠看到個別來源的暗示。這就提出了多信使天文學的前景，在這種情況下，引力波事件可以提醒我們注意正在進行的合併，而我們也可能用傳統的望遠鏡來觀察。

LIGO實驗通過捕捉恆星殘骸的最後時刻爲我們提供了一個關於恆星形成和演化的新視角，而PTAs將能夠向我們展示星系的演化和積聚，宇宙大尺度結構的基本單位。

當然，這一切都取決於信號是否真的源自超大質量黑洞的碰撞。我們可能在這方面完全錯了，這將是目前最令人激動的可能性。

可能塑造了早期宇宙的暴力過程也可以產生低頻引力波的背景，某些類型的暗物質和一些假設的異國大爆炸遺蹟也是如此。

探測到這些信號中的任何一個，無論是作爲主導信號還是作爲對它的某種貢獻，都將徹底改變我們對宇宙歷史的理解。

人們經常說，每當我們爲宇宙打開一扇新的窗戶時，我們就會發現一些完全新的和出乎意料的東西。在未來幾年裡，PTA照亮我們時空環境的全部力量將被揭示出來。

也許它們會讓我們更好地看到宇宙結構的堆積；也許它們會讓我們所有人完全感到驚訝。就我個人而言，我已經迫不及待地想知道了。