據國外媒體報導，一項新研究發現，科學家有朝一日或許能利用宇宙中的“時空漣漪”——引力波——探測到銀河系外的行星。在過去30年裡，科學家已經證實在地球所處的太陽系之外存在著近4200顆行星。探測這些系外行星的方法，一是分析這些行星本身發出的光，二是探測其母恆星發出的光。事實上，這些方法基本上都局限於探測銀河系內的行星；考慮到涉及的遙遠距離以及大量的塵埃雲和其他障礙物，探測銀河系外行星的光信號的機會非常渺茫。

天文學家曾經觀測到一顆可能存在於銀河系之外的行星，並命名為HIP 13044b。這顆行星的母恆星HIP13044存在於珍珠星流中，而該星流是大約60到90億年前被銀河系吞併的矮星系形成的。後續的研究表明此前的觀測有誤，這顆恆星實際上並不擁有行星。其他可能的銀河系外行星還有待證實。2018年，天文學家確實發現了銀河系外存在“流浪行星”的證據，但都只是間接的判斷。

在這項新研究中，研究人員提出，未來我們很可能會通過引力波信號，而不是光信號來探測銀河系外行星。愛因斯坦在1916年首次預言了引力波的存在。根據他的廣義相對論，引力來自於質量扭曲空間和時間的方式。當兩個或兩個以上的物體在一個引力場內運動時，它們會產生以光速傳播的引力波，並在運動過程中拉伸和擠壓時空。

關鍵的是，那些阻礙遙遠光線到達地球的障礙通常不會阻礙引力波。但是，引力波非常微弱，因而極其難以探測；即使是愛因斯坦也不確定引力波是否真的存在，或是能否被證實。

經過幾十年的努力，科學家在2015年通過激光干涉引力波天文台（LIGO）發現了引力波存在的第一個直接證據。LIGO使用兩個幾乎完全相同的干涉儀——一個在華盛頓州的漢福德，另一個在路易斯安那州的利文斯頓——來探測引力波在物質中傳播時所引起的扭曲。

這兩個乾涉儀的形狀都像一個巨大的“L”，干涉臂的長度約4千米。每個探測器的干涉臂長度一般是一樣的，因此激光束在每個探測器上傳播所需的時間也是一樣的。然而，當引力波穿過地球時，探測器的一支臂就會伸展，另一支臂則會收縮；在引力波信號持續的時間內，就會出現小至質子直徑的千分之一左右的長度變化。在這種情況下，原子鐘可以探測到激光束在探測器干涉臂上反射所需時間的瞬間差異。

由於LIGO的探測器之間相距約3000千米，引力波從一個探測器穿過到另一個探測器可能需要10毫秒。科學家可以利用激光束到達時間的差異來推斷引力波的來源。隨著世界各地越來越多的引力波探測器投入使用，研究人員將能更好地確定引力波的來源。比如，意大利比薩附近的先進室女座探測器於2017年上線，擁有比初期室女座干涉儀探測器10倍以上的靈敏度。

目前及計劃中的地基引力波天文台都是對波長在100千米左右的波段敏感；中子星和質量是太陽幾十倍的黑洞往往會產生這種信號。然而，天文學家一直夢想著在太空建立引力波觀測站，這些觀測站的探測器距離更遠，可以探測到更長的波長。這些引力波信號可以追溯到一系列的來源，包括超大質量黑洞。

歐洲空間局的激光干涉儀空間天線（LISA）任務就是一個開發中的天基引力波天文台，計劃於2034年發射。LISA將由三個相同的航天器構成，每兩個航天器之間的夾角為60度，並採用與地球相同的日心軌道。每個航天器內部都有一個立方體，可以沿著一條僅受引力波干擾的路徑自由下落。這組航天器將密切監測每個立方體的位置，以尋找時空漣漪的跡象。

LISA的每顆衛星彼此之間都將有數百萬千米的距離。原則上，LISA將能夠探測波長約為3000萬公里的引力波。天文學家相信，這樣的信號將來自質量為太陽1萬到1千萬倍的黑洞的合併事件。

兩顆相互環繞並發射引力波的白矮星（藝術想像圖）

天文學家的計算結果還顯示，LISA將能夠探測到來自數万對白矮星的引力波。白矮星是死亡恆星的核心，溫度較低，十分黯淡暗，大小與地球相當。它們是中等大小的恆星耗盡燃料並失去外層後遺留下來的。太陽有朝一日也會變成白矮星，而銀河系中90%以上的其他恆星也會如此。

2019年，參與這項新研究的天文學家發現，LISA和其他基於太空的引力波天文台可以觀測到圍繞銀河系中雙白矮星運轉的巨大系外行星。現在他們確定，LISA也可以探測到銀河系外類似的行星系統，特別是在50多個圍繞銀河系運行的衛星星系內。

研究人員指出，當兩顆白矮星的距離足夠近，足以在數千年內合併時，這對白矮星將產生一股幾乎具有相同頻率的連續引力波流。LISA在運行期間（可能長達10年）可以監測這些引力波流的任何微小偏差，其中一些偏差可能就是由圍繞這些成對白矮星運行的巨大行星的引力場造成的。

此前，天文學家發現，LISA可以探測到數百顆質量與木星相當或大於木星的系外行星，前提是這些行星與它們圍繞的成對白矮星之間的距離小於10個天文單位（AU）。一個天文單位即地球和太陽之間的平均距離，約為1.5億公里。

在這項新研究中，天文學家估計LISA可以在大麥哲倫星雲中探測到數百對白矮星。大麥哲倫星雲是銀河系最近的衛星星系之一。在理論上，如果雙白矮星的總質量相當於太陽的一半，其彼此的軌道距離就約為水星和太陽之間距離的千分之一；研究人員的計算結果顯示，經過4年的探測，LISA可能就會探測到一顆質量為木星13倍的系外行星；而如果探測時間達到10年，LISA肯定會發現這樣這樣一顆銀河系外行星。

該研究的合著者、倫敦大學學院的天體物理學家卡米拉·丹尼爾斯基（Camilla Danielski）說：“通過引力波，我們或許最終能在遠離太陽系的地方觀測到這些天體。”

激光干涉空間天線（藝術想像圖）

未來的天基引力波天文台，比如中國科學家設想的AMIGO太空任務，其靈敏度為LISA的10倍或更高；可能需要10年的觀測時間，才能探測到質量為木星4倍、繞著雙白矮星運行的系外行星。

“我們的研究只是對這種新觀測方法的第一次研究，”該研究的合著者、德國馬普引力物理研究所的天體物理學家尼古拉·塔瑪尼尼（Nicola Tamanini）說， “未來的研究將提供更詳細的圖景。”

圍繞這類雙白矮星的行星還有很多不確定的問題，比如它們的形成和演化。丹尼爾斯基表示，未來的研究可能探索的，將不僅是在恆星變成白矮星之前的行星，也將包括在恆星變成白矮星之後形成的行星。引力波觀測可能有助於為解答這些問題提供線索，因為這可以揭示這些行星通常具有什麼樣的質量和軌道。7月14日的《國際現代物理雜誌D》（Journal of Modern Physics D）上詳細介紹了這項新研究的發現。（任天）