@ 2019.03.05 , 09:42

用脉冲星作为引力波的探测器

译者前言:
有网友建议说,想让引力波探测器的臂再长一些,达到天文单位级别。这里我们看到,只需利用现有的天体,就可以让探测臂长达到星系尺度。这篇旧文发表于2012年。

Epping城区,Parkville城区(澳大利亚)——尽管使用了长达数公里的大型探测器,但迄今为止它们仍未被发现(译者注:本文写作于2012年。现在引力波已经被发现。):引力波,即时空的振动,被Albert Einstein在他的广义相对论中预言存在。但是引力波可能很快就会被发现。并不需要使用特殊的探测器,而是使用普通的射电望远镜,它可以测量来自脉冲星的无线电信号的到达时间。然而,和至今为止的估计不同,Vikram Ravi等作者认为,振动并不会像一种背景噪声那样出现,而是来自独立来源的单个信号占主导。

脉冲星是一种中子星,后者是极其致密的恒星遗体,在平均约20千米的直径中能包含一个太阳质量。脉冲星发出高度聚焦的无线电辐射,就像灯塔的光线一样,并通过星体的快速旋转扫过太空。当地球被这些辐射命中时,天文学家就可以用他们的天线,记录下周期性的无线电脉冲。研究人员特别感兴趣的是快速旋转的脉冲星,其周期在毫秒范围内,因为这些天体脉冲的稳定性比原子钟的稳定性还大。

三个名为脉冲星计时阵列的国际项目“现在能通过约40颗最稳定的毫秒脉冲星提供高品质的时间测量”,澳大利亚国家望远镜机构的George Hobbs说。由于已知毫秒脉冲星的数量稳步增长,一系列更新、更大的射电望远镜也不断建成,Hobbs认为,精确的时间测量可能很快将为引力波提供证据,他对此表示乐观。当然,研究人员表示,脉冲星的信号在到达地球的途中也会被其他效应所干扰,例如被星际气体的密度涨落。对于不同的脉冲星,这样的涨落导致会导致完全不同的延迟;而引力波造成的影响,也依赖于脉冲星和引力波源之间的角度。

(用这种方法能探测到的)引力波源主要是超大质量黑洞的合并。几乎每个星系都在其中心附近有一个黑洞,可达数百万乃至数十亿倍的太阳质量。随着星系在宇宙历史中一次又一次地相互碰撞,中心黑洞的合并一次又一次地发生。墨尔本大学的Vikram Ravi及同事,根据已建立的星系演化模型,研究了这些事件对脉冲星信号的影响。 “我们发现,(由超大质量黑洞合并事件所产生的引力波引起的脉冲星周期)变化,其统计分布与随机、各向同性的引力波背景(引起的脉冲星周期变化)不一样”,研究人员在《天体物理学期刊》上写道。

因此,超大质量黑洞不会产生均匀的引力波噪声。 “原因在于,少数几个引力波源主导着(脉冲星周期的)变化,”Ravi和同事写道。他们预计,在未来五年内,有较大的机会,能探测到单独一次双黑洞合并事件造成的脉冲星信号到达时间偏差。重点是,不要在数据分析中寻找均匀的引力波背景,而是要寻找这样的个别事件。

相关论文:https://arxiv.org/abs/1210.3854
相关蛋文:http://jandan.net/2015/09/30/hunting-gravitational-waves.html

译者后记
脉冲星计时阵列,由于其尺度超大,看起来很酷炫。它适合于探测超大质量黑洞合并产生的低频引力波,而现有的LIGO探测器难以听到这样的事件。同样,LIGO敏感的恒星质量黑洞合并事件,脉冲星计时阵列就探测不到。遗憾的是,近七年过去了,还是没能成功地用脉冲星计时阵列探测到引力波。从这篇文章中,可以依稀看到研究人员意气风发的样子。而相关蛋文的报导就显得有些心灰意冷了。

原文作者:Rainer Kayser
原文日期2012年10月16日
本文译自 Weltraum aktuell,由译者 cmp0xff 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (4)