引力波是大質(zhì)量天體爆炸、旋轉(zhuǎn)或合并等事件引發(fā)的“時(shí)空漣漪”。

2015年，物理學(xué)家首次用激光干涉引力波探測(cè)器檢測(cè)到了引力波，開啟了觀察宇宙的新時(shí)代。與此同時(shí)，其他科學(xué)家也一直在用地球上的射電望遠(yuǎn)鏡追蹤這一神秘的“時(shí)空漣漪”。現(xiàn)在，探測(cè)引力波的“獵場(chǎng)”已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了太空，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種尋找引力波的新方法。

一項(xiàng)近日發(fā)表于《科學(xué)》的新研究表明，費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡在理論上也能感應(yīng)到通過的引力波。盡管技術(shù)尚不足以支撐實(shí)際檢測(cè)，但它已經(jīng)在幫助其他研究人員加強(qiáng)相關(guān)分析。

自2015年以來，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和歐洲室女座干涉儀(Virgo)這兩個(gè)大型探測(cè)器已經(jīng)探測(cè)到數(shù)十個(gè)黑洞合并事件和一對(duì)中子星所產(chǎn)生的引力波。

探測(cè)器通過數(shù)公里長(zhǎng)的真空管發(fā)射激光，當(dāng)一束引力波通過時(shí)，它會(huì)改變真空管的長(zhǎng)度(改變長(zhǎng)度僅為質(zhì)子寬度的1/10000)，然后就能檢測(cè)到引力波。

射電天文學(xué)家希望捕獲比LIGO和Virgo捕獲到的更大的獵物——超大質(zhì)量黑洞(數(shù)十億個(gè)太陽的質(zhì)量)的合并事件。但這種互相環(huán)繞的黑洞產(chǎn)生的波很長(zhǎng)，一個(gè)周期要數(shù)年時(shí)間，因此捕捉它們需要一張覆蓋星系的“網(wǎng)”。于是，射電天文學(xué)家不再使用傳統(tǒng)的激光和真空管來探測(cè)，而轉(zhuǎn)向利用脈沖星“布網(wǎng)”。

當(dāng)脈沖星旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們發(fā)射的信號(hào)就像加強(qiáng)版燈塔光束一樣掃過宇宙，這樣地球上的天文學(xué)家每秒就能觀察到來自某些脈沖星的數(shù)百次閃光，其到達(dá)規(guī)律與原子鐘一致。當(dāng)引力波從中穿過時(shí)將略微改變脈沖星和地球之間的距離，因此，天文學(xué)家希望通過監(jiān)測(cè)銀河系中一組脈沖星多年來的脈沖到達(dá)時(shí)間，即脈沖星計(jì)時(shí)陣列(PTA)的微小變化來探測(cè)通過的引力波。

去年，北美和歐洲的PTA團(tuán)隊(duì)宣布，他們通過十多年來的數(shù)據(jù)已經(jīng)收集到了一些微弱的統(tǒng)計(jì)信號(hào)，暗示了宇宙背景引力波(即宇宙大范圍內(nèi)超大質(zhì)量黑洞合并的回響)的存在。研究小組正在繼續(xù)累積分析數(shù)據(jù)，再加入幾年的數(shù)據(jù)可能會(huì)鞏固上述結(jié)論。

現(xiàn)在費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡也加入了引力波探測(cè)的行列中。

脈沖星除了發(fā)射大量無線電波外，還會(huì)發(fā)射伽馬射線。但許多天文學(xué)家懷疑他們的儀器是否能探測(cè)到引力波。

美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室伽馬射線天文學(xué)家、研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Matthew Kerr等人決定找出答案。他們分析了費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡12.5年間從大約30個(gè)合適的脈沖星收集到的伽馬射線光子。

與僅在短時(shí)間內(nèi)瞄準(zhǔn)特定脈沖星的PTA不同，費(fèi)米可以持續(xù)觀察大片空間，因此有幾個(gè)脈沖星總在它的視野內(nèi)。但是伽馬范圍內(nèi)的光子非常罕見，“費(fèi)米經(jīng)常一周內(nèi)觀測(cè)不到任何光子。”Kerr說。

盡管如此，研究團(tuán)隊(duì)仍然在費(fèi)米的觀測(cè)檔案中的搜集到了足夠多的光子數(shù)據(jù)來制作伽馬射線PTA。和北美和歐洲的PTA團(tuán)隊(duì)一樣，Kerr團(tuán)隊(duì)也無法確定探測(cè)到的背景引力波。但他們能夠設(shè)定信號(hào)值上限。Kerr承認(rèn)，基于伽馬射線的探測(cè)極限僅為射電PTA極限的1/3左右，但隨著費(fèi)米收集到越來越多的數(shù)據(jù)，其靈敏度將有所改善。

一旦無線電PTA和伽馬射線PTA確定了背景引力波，研究人員的下一個(gè)目標(biāo)將是超大質(zhì)量黑洞雙星的探測(cè)，以了解這些旋轉(zhuǎn)的龐然大物如何影響它們周圍的星系。(作者：徐銳)

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