揭开超低频引力波和宇宙的早期发展的秘密

伯明翰大学的研究人员表示，检测超低频引力波的新方法可以与其他不太敏感的测量方法相结合，以提供对我们宇宙早期发展的新见解。引力波–爱因斯坦时空结构中的涟漪–以光速穿过宇宙，具有各种波长，或频率。 科学家们还没有设法探测到极低的”纳米赫兹”频率的引力波，但目前正在探索的新方法有望很快确认第一批低频信号。

主要的方法是使用射电望远镜，利用脉冲星–这种充满了“异国情调”的死星，以非同寻常的规律性发出无线电波脉冲，来探测引力波。例如，NANOGrav合作项目的研究人员利用脉冲星对分布在我们整个银河系的毫秒级脉冲星网络或阵列的旋转周期进行精确计时，这是天文学家对一个完美时钟网络的最佳诠释。这些可以用来测量引力波在宇宙中传播时引起的零星变化。

然而，是什么产生了这些信号，这个问题还没有确定。伯明翰大学引力波天文学研究所的科学家们认为，仅使用脉冲星计时阵列（PTAs）的数据来确定一个答案将是非常困难的。

相反，在今天（2021年10月18日）发表在《自然-天文学》上的一封信中，他们建议将这些新数据与其他项目（如欧洲航天局的盖亚任务）的观测结合起来，将有助于对我们宇宙最早时期仍然存在的不同信号进行拆分和解释。

关于超低频引力波的主要理论是，它们是由位于合并星系中心的超大质量黑洞群引起的。当星系合并时，它们的中心黑洞会配对，形成双星并产生引力波。在这种情况下，PTA对引力波的探测将为研究星系的组装和生长的天体物理学提供令人兴奋的新方法。

但也有其他的可能性。纳米赫兹引力波可以讲述我们新生宇宙的故事，远在星系和黑洞形成之前。事实上，有人提出，极低频率的引力波信号可能是在大爆炸后不久由其他过程产生的；例如，如果宇宙在正确的温度下经历了物理学家所说的相变。

主要作者克里斯托弗-摩尔博士说。”最近，NANOGrav可能已经看到了使用脉冲星计时阵列的引力波信号的第一个初步暗示，我们预计未来几年将是这种类型科学的黄金时代。对这些信号的各种解释是令人兴奋的，但也是一个迷宫。我们需要一种方法来区分不同的可能来源。目前，仅靠脉冲星定时阵列数据是非常困难的”。

共同作者Alberto Vecchio教授说。”脉冲星计时阵列可能会对古代宇宙学过程提供前所未有的洞察力。开发复杂的方法来解释这些见解将意味着我们可以真正开始了解我们的宇宙是如何形成和形成的”。

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