在過去幾年時間里里，天文學家取得了一個令人難以置信的里程碑：探測到了引力波，這是宇宙中一些最災難性的事件在空間和時間結構中產生的微弱漣漪，包括黑洞和中子星之間的碰撞。到目前為止，已有90多個引力波探測到這種事件，可觀察到的時間則只有~0.1到100秒。

連續引力波應該更容易被探測到，因為跟來自緊湊物體碰撞的信號相比，它們的持續時間要長很多。連續波的一個可能來源是中子星，它是大質量恆星的超新星爆炸後留下的恆星“屍體”。在最初的爆炸之後，恆星向自身坍縮，然後將原子壓成一個被稱為“中子”的超密集亞原子粒子球–因此被稱為“中子星”。由於連續波信號跟中子星的旋轉速度有關，於是使用更多的常規望遠鏡對自旋頻率進行精確測量將大大增加探測這些難以捉摸的波的機會。

在最近的一項研究中，由來自莫納什大學的OzGrav博士生Shanika Galaudage領導的研究團隊試圖確定中子星的旋轉頻率，以此來幫助探測連續引力波。

連續引力波的可能來源

在這項研究中，科學家假設連續引力波間接來自於物質從低質量伴星逐漸積累到中子星上–這些由中子星和伴星組成的雙星系統被稱為低質量X射線雙星（LMXBs）。

如果中子星能保持一個累積的物質“山”，（即使只有幾厘米高），那麼它也將產生連續的波。這些波的頻率跟中子星的旋轉速度有關。積累這種物質的速度越快，“山”就越大，產生更大的連續波。積累這種物質越快的系統在X射線光下也就越亮。因此，最亮的LMXBs是最有希望探測到連續波的目標。

Scorpius X-1 （Sco X-1）和Cygnus X-1（Cyg X-2）是兩個最亮的LMXB系統–跟太陽相比，Sco X-1的X射線亮度排名第二。除了它們的極端亮度之外，科學家們還對這兩個LMXB系統有很多了解，這使它們成為研究連續波的理想來源。但它們的自旋頻率仍是未知的。

研究負責人Shanika Galaudage說道：“我們可以確定這些中子星旋轉速度的一個方法是通過搜索X射線脈。來自中子星的X射線脈衝就像宇宙的燈塔。如果我們能確定脈衝的時間，我們將立即能揭示它們的旋轉頻率並更接近於探測到連續的引力波信號。”

“Sco X-1是我們對連續引力波進行首次探測的最佳前景之一，但這是一個非常困難的數據分析問題，”來自澳大利亞國立大學的OzGrav研究員和論文共同作者Karl Wette說道，“在X射線數據中找到一個自旋頻率就像在引力波數據上照出一個聚光燈。’這裡，這是我們應該尋找的地方’。然後，Sco X-1將成為探測連續引力波的紅人。”

搜索X射線脈動

研究小組對Sco X-1和Cyg X-2的X射線脈衝進行了搜索。他們處理了由Rossi X-ray Timing Explorer儀器收集的超1000小時的X射線數據。這項搜索在OzSTAR超級計算機上總共使用了大約500小時的計算時間。

然而遺憾的是，這項研究沒有發現來自這些LMXB源的脈動的任何明確證據。這可能有很多原因：LMXB可能有弱的磁場，其力量不足以支持可探測的脈衝；也可能是脈衝隨著時間的推移而出現和消失，這將使它們難以被探測到。就Sco X-1而言，它可能是一個黑洞，所以不應期望它產生X射線脈動。

這項研究確實找到了這些X射線脈動如果真的發生會有多亮的最佳限制，但這些結果也可能意味著中子星在其強大的引力下無法維持物質山。未來的研究可以通過採用更好的搜索技術和更敏感的數據從而在這項研究的基礎上更進一步。