引力波搜索发现诱人的新线索:太空时空的波动

观测脉冲星来探测引力波

这张图展示了纳米重力项目观测被称为脉冲星的宇宙物体,努力探测引力波——空间结构中的波纹。该项目正在寻找一种低强度引力波背景信号,这种信号被认为存在于整个宇宙。信贷:NANOGrav / T。克莱因

一个国际科学家团队可能接近填补宇宙的时空中的淡淡涟漪。

比太阳更大的黑洞成对比太阳更大的倍数彼此旋转,在空间本身中产生涟漪。北美纳米赫尔兹的引力天文台(Nanograv)使用基于地面的无线电望远镜花费了十多年寻找证据这些时空涟漪由庞特黑洞创造的。本周,该项目宣布检测可能归因于的信号引力波虽然成员不准备好提出成功。

1916年,阿尔伯特·爱因斯坦首次提出了引力波理论,但直到近一个世纪后,引力波才被直接探测到。爱因斯坦表明,空间不是宇宙的刚性背景,而是一个被大质量物体扭曲弯曲的柔性结构,并与时间不可避免地联系在一起。2015年,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和位于欧洲的处女座干涉仪宣布了对引力波的首次直接探测:引力波是由两个黑洞发出的,这两个黑洞的质量都比太阳大30倍,它们围绕彼此旋转并合并而成。

在《天体物理学杂志增刊》2021年1月号发表的一篇新论文中,纳米引力项目报告称,探测到无法解释的波动,与引力波的影响一致,在时间上,47颗脉冲星遍布天空,测量时间跨度为12年半。

在星星爆炸作为超新星之后,脉冲星是留下的密集块。从地球中看到,脉冲星似乎闪烁着闪烁。实际上,光来自两个稳定的光束,从两侧发出Pulsar.当它旋转时,就像一座灯塔。如果引力波在脉冲星和地球之间传递,时空的微妙拉伸和挤压似乎会在脉冲星的正常计时中引入一个小偏差。但这种影响是微妙的,而且已知还有十几个其他因素也会影响脉冲星的时间。在寻找引力波的迹象之前,NANOGrav所做的主要工作是从每个脉冲星的计时数据中减去这些因素。

Ligo和Virgo检测来自单个黑洞的重力波(或称为中子恒星的其他密集物体)。相比之下,纳米格拉夫正在寻找一个持久的引力波“背景”,或者通过无数的超现实的黑洞在彼此绕过彼此的无数对的多年来创造的波浪的波浪的喧嚣结合。这些物体产生引力波波长长比LIGO和Virgo探测到的还要长,以至于一个单一的波要经过一个固定的探测器可能需要数年的时间。因此,虽然LIGO和Virgo可以每秒探测到数千波,但NANOGrav的探索需要数年的数据。

作为最新发现的钽化是,纳米格拉夫团队还没有准备好声称他们发现了引力波背景的证据。为什么犹豫?为了确认从引力波的签名直接检测,纳米格拉维的研究人员必须在各个脉冲星之间的信号中找到一个独特的模式。根据爱因斯坦的一般相对论理论,引力波背景的效果应基于它们相对于彼此的位置略微不同地影响脉冲星的定时。

此时,信号太弱,对于这种模式来说是可区分的。提升信号将需要NanoGrav以扩展其数据集以包括研究更长的时间长度的更多脉冲条,这将增加阵列的灵敏度。NanoGrav还通过国际Pulsar时序阵列在联合努力中与其他脉冲星定时阵列实验的数据汇集了数据,这是使用世界上最大的无线电望远镜的研究人员的合作。

“试图用脉冲星定时阵列检测引力波需要耐心,”斯科特·兰森说,国家射频天文学天文台和当前的纳米拉夫主席。“我们目前在十几年的数据上分析,但最终的检测可能需要更多。这很棒的是,这些新的结果正是我们希望看到我们更接近检测的所期望。“

参考:“NANOGrav 12.5年数据集:观察和窄带47毫秒脉冲星的时机”Md f·阿拉姆Zaven Arzoumanian,保罗·t·贝克Harsha布卢姆,Keith e .银亮钢亚当火盆,保罗·r·布鲁克莎拉•Burke-Spolaor Keeisi骑手,理查德·s . Camuccio瑞秋·l·张伯伦,Shami Chatterjee, James m . Cordes尼尔·j·康沃尔Fronefield克劳福德h .感谢克罗马蒂梅根·e·DeCesar保罗·b·Demorest Timothy Dolch贾斯廷·a·埃利斯罗伯特·d·Ferdman伊丽莎白·c·费拉拉威廉·菲奥雷阿塞卡Yhamil加西亚,Nathan Garver-Daniels彼得•a .外邦人黛博拉·c·好,乔丹a . Gusdorff Daniel Halmrast Jeffrey s .他克里斯蒂娜Islo,罗斯·j·詹宁斯杰塞普,科迪梅根·l·琼斯,安德鲁·r·凯瑟大卫·l·卡普兰卢克Zoltan凯利乔伊夏皮罗键,迈克尔·t·兰姆t·约瑟夫·w·拉齐奥邓肯·r·罗瑞莫京罗莱恩(merrill Lynch),达斯汀·r·麦迪逊Kaleb Maraccini,莫拉a·麦克劳克林奇亚拉·m·f·明加莱利副总司长樱桃Ng,本杰明·m . x Nguyen David j .不错,蒂莫西·t·PennucciNihan波尔,约书亚Ramette,斯科特•m .赎金Paul s .射线布伦特j . Shapiro-Albert Xavier西门子、约瑟夫·西蒙芮妮Spiewak,英格丽·h·楼梯,丹尼尔·r·Stinebring凯文Stovall斯蒂芬·r·泰勒,约瑟夫·k·阻挡迈克尔•Tripepi Michele Vallisneri,莎拉·j·维格兰,凯特琳a·威特和朱胖子(NANOGrav协作),2020年12月21日,Astrophysical Journal补充系列
DOI:10.3847 / 1538-4365 / ABC6A0

在1月10日至15日举行的美国天文学会第237次会议上,NANOGrav团队在2021年1月11日的新闻发布会上讨论了他们的发现。米歇尔·瓦利斯内里和约瑟夫·拉齐奥,两位天体物理学家美国宇航局在加利福尼亚州南部的喷气式推进实验室,美国宇航局在马里兰州的NASA戈达德太空飞行中心的Zaven Arzoumanian是本文的共同作者。科罗拉多大学博尔德大学研究员Joseph Simon和纸张的领先作者为本纸张作为博士后研究员进行了大部分分析JPL.。多个美国国家航空航天局的博士后研究员参加了在JPL的纳米格拉维研究。Nanograv是美国和加拿大天体物理学家的合作。在最近崩溃之前,使用西弗吉尼亚州西弗吉尼亚州的绿色银行天线和佛罗里略港的槟榔盘收集了新研究的数据。

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