天文
突破：第一次探测到引力波版的宇宙背景噪音
有一种神秘力量在宇宙中颤动着星辰。来自世界各地的几支团队分别在脉冲星周期数据中发现了信号，该信号表明有巨大的长波长引力波在银河系中回荡。虽然还未直接探测到引力波本身，但我们所观察到的现象有超过99%的可能性是由它们引起的，这具有重大的意义。
来自澳大利亚、美国、欧洲、中国和印度的团队同时在一系列论文中公布了他们的结果。 范德比尔特大学的天体物理学家史蒂芬·泰勒(Stephen Taylor)是美国NANOGrav团队的主席，他在新闻发布会上说：“在过去15年里，我们一直在寻找一种低沉的引力波嗡嗡声，它是由无数个引力波源共同产生的，它们在整个宇宙中回荡，并影响我们所在的星系，使时空发生可测量的扭曲。“我们非常高兴地宣布，我们的努力没有白费，而且……我们发现了这种引力波背景的令人兴奋的证据。”
引力波天文学是一个相对较新的领域，它始于2015年首次探测到两个黑洞碰撞时产生的时空涟漪。从那时起，我们地球上的引力波探测器已经捕捉到了近100个已确认的引力波事件，它们都是由致密恒星质量物体——黑洞和中子星——合并而产生的。
引力波是由宇宙中发生的大规模事件产生的。可以把黑洞之间的碰撞想象成扔进池塘里的石头，而引力波就像是水面上产生的涟漪。介质就是时空本身，涟漪以光速向四面八方传播，并使时空发生拉伸或挤压，这种效果可以被我们检测到。如果你想更深入地了解背景知识，你可以在这里查看更多细节。
现在想象一下，在整个宇宙中有多少黑洞正在发生碰撞。还有多少其他类型的大规模事件也在产生涟漪。时空应该充满了引力波，但是有一个问题。地球太小了，无法探测到那些长波长(可达光年)的引力波，而这些引力波预计是由更大规模的事件产生的，比如星系中心超大质量黑洞之间的合并。
幸运的是，我们生活在一个比地球大得多的星系里。我们的银河系中有一种东西可以发出非常精确的定时信号，这些信号会受到纳赫兹引力波的影响：射电脉冲星。这些是旋转速度极快的中子星，它们的磁极会发出射电光束。当它们旋转时，这些光束就像宇宙灯塔一样扫过地球，由于这些脉冲的计时非常精确，我们可以用它们来探测引力波对时空的拉伸和挤压效果。 单个脉冲星上的一个小故障是不够的。但是如果你有足够多的脉冲星，并且在足够长的时间范围内观察到它们之间有相关的故障，你就可以收集到大型引力波的证据。这就是世界各地不同团队所做的事情，他们总共研究了115颗脉冲星，其中澳大利亚帕克斯脉冲星计时阵列观测了最长的时间，达到了18年。
PPTA和澳大利亚斯威本大学的天体物理学家丹尼尔·里尔登(Daniel Reardon)：“脉冲星计时阵列是一个银河尺度的引力波探测器。我们在我们阵列中的脉冲星之间检测到了一种共同的‘隆隆声’——一种超低频信号。我们和我们的国际同事现在也看到了一些指纹，表明这种隆隆声是由引力波产生的。”
研究人员还无法确定引力波的来源。最可能的答案是超大质量黑洞。
超大质量黑洞的合并频繁发生，使宇宙回荡着引力波噪声，就像海浪的轰鸣。
这并不是引力波背景的唯一可能来源。宇宙弦、宇宙相变、大爆炸后空间的快速膨胀等都有可能产生低频引力波。(大爆炸本身也可能产生了引力波，但波长太长，相当于宇宙的大小，我们肯定没有足够大的探测器来检测它们。) 我们现在看到的很可能是超大质量黑洞背景。
“我们知道每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞。我们也知道星系之间会发生碰撞，当这种情况发生时，我们预计超大质量黑洞会沉降到中心并开始围绕彼此旋转，发射引力波。”里尔登解释说。“我们观察得越远，就能看到越多的超大质量黑洞系统。在遥远的宇宙中，有大量的超大质量黑洞在轨道上运行，它们产生了随机的引力波海洋，这些引力波海洋冲击着地球和银河系中的脉冲星。”
脉冲星定时阵列天文学是一项长期的工作，但我们已经非常接近检测到确定信号。世界各地的不同脉冲星计时阵列已经合并了他们的数据集，并正在IPTA合作下共同验证他们的发现。这一验证应该会在一年内完成，最多不超过两年。届时，纳赫兹引力波天文学将开启一个崭新的时代。研究人员将能够分析信号，研究其特征，并找出造成太空中巨大引力扰动的源头。从那里，我们甚至可能开始更详细地探索超大质量黑洞的性质。
“这些脉冲星计时阵列工作是纳赫兹频率引力波的第一个线索，想象一下，宇宙实际上是一个由拉伸和挤压空间组成的隆隆海洋，这真是令人难以置信。超大质量黑洞是星系中心的宇宙巨兽，它们吞噬气体，干扰恒星形成。我对未来能够用脉冲星观测揭示出由超大质量黑洞对产生的复杂引力波图谱感到兴奋。我们应该能够看到宇宙背景嗡嗡声中有一些明显的‘热点’，它们来自于我们可以识别出所在星系的超大质量黑洞对。”
PPTA 的论文将发表在《天体物理学杂志快报》和《澳大利亚天文学会出版物》上。NANOGrav 的五篇论文将发表在《天体物理学杂志快报》上。中国脉冲星定时阵列的研究成果发表在《天文学与天体物理学研究》上。
https://www.sciencealert.com/breaking-news-physicists-have-detected-the-background-hum-of-the-universe