陈根：引力波背景，将带来什么？

文/陈根

引力波是发生在空间和时间极端结构中的扭曲，通常在黑洞和/或中子星之间的碰撞中产生。一个世纪前，爱因斯坦广义相对论首次对这种波进行了预言，但直到2017年，它才被一项名为激光干涉仪引力波天文台（LIGO）实验的科学家首次直接探测到。

首次探究到的引力波相当于一次猛烈而短暂的爆炸。引力波往往来自于宇宙中的最大能量事件，但当这些波到达地球时，实际上也只是在非常小的范围内扭曲了现实，大约是质子宽度的千分之一。

尽管人类探测到的引力波就像时空海洋中的海啸，但科学家们相信，柔和的涟漪也应该遍及宇宙。现在，来自美国和加拿大的北美纳赫兹引力波观测站（NANOGrav）的科学家们则利用一个“星系大小”的空间观测站，从引力波或穿过宇宙并扭曲时空结构本身的涟漪中，找到了可能的独特信号的线索。

事实上，13年来，NANOGrav的研究人员对遍布银河系的几十颗脉冲星发出的光进行了深入研究，试图探测“引力波背景”，即科学家所说的持续不断地冲刷地球的引力辐射通量。

NANOGrav团队对来自银河系的45颗脉冲星进行了13年的观测。其中，脉冲星是一种快速旋转的恒星，其辐射束以可预测的脉冲在地球上空摆动，其周期能在上亿年间保持稳定。但就像LIGO的激光一样，引力波经过时应该会拉伸和挤压它们发出的光，而这可能会让天文学家探测到低频引力波背景。

研究人员表示，探测到这种背景噪音将是一项重大的科学成就，这些引力波背景的初步迹象表明，超大质量黑洞很可能确实已经合并，这为了解宇宙运行方式打开了一扇新的窗口。显然，这些波的发现可以给科学家们提供新的工具，以研究许多星系中心的超大质量黑洞是如何随时间合并的。