西維吉尼亞大學重力波和宇宙學中心的一名研究人員正在揭示一個看不見的引力輻射宇宙，它扭曲了時空連續體。西維吉尼亞大學埃伯利文理學院天文學助理教授埃馬紐埃爾-豐塞卡（Emmanuel Fonseca）利用被稱為”射電脈衝星”的恆星發出的精確定時信號來探測引力波。

這些重力波是恆星或黑洞等大質量天體加速時產生的，其中包含有關遙遠星系中的現象和天體的信息，可以揭示中子星內部物質的行為。這項研究得到了美國國家科學基金會41.6 萬美元的資助。

“重力波滲透萬物–太陽系、地球、我們–但直到過去五到八年，我們才能夠探測到它們，」豐塞卡說。 ” 重力波是了解宇宙的獨特窗口，有別於光、X 射線、紫外線等電磁輻射。這些形式的輻射是由帶電粒子產生的，而重力波則是由物體在空間加速並擾動時空造成的。宇宙中所有雙星系統中的超大質量黑洞都在向我們發射重力波。了我們對該背景的敏感度，我們將對來自附近星系的引力波變得更加敏感。會非常有趣。

西維吉尼亞大學天文學家埃馬紐埃爾-豐塞卡（右二）利用綠岸和CHIME射電望遠鏡的資料尋找重力波。 圖片來源：西維吉尼亞大學照片/Brian Persinger

愛因斯坦在1916 年提出了重力波理論，但直到去年春天，國際研究合作組織NANOGrav 才宣布了重力波存在的明確證據。

“NANOGrav是一個由包括我在內的研究人員組成的團隊，他們一直在利用波卡洪塔斯縣綠岸望遠鏡的數據來探測重力波，」豐塞卡說。 “多年來，我們一直在努力尋找重力波的證據。 現在突然間，我們不僅能探測到它們，還能理解它們。”

西維吉尼亞大學埃伯利文理學院物理與天文學系助理教授Emmanuel Fonseca。 圖片來源：西維吉尼亞大學照片/Brian Persinger

這項研究將把綠岸望遠鏡的數據與豐塞卡幫助建造的加拿大CHIME射電望遠鏡的數據合併。 這兩個天文台以不同的間隔和頻率記錄類似的資訊。

“結合資料意味著我們可以實現對每個波浪的全面覆蓋。我們可以’看到’從一個波谷，越過波峰，再到下一個波谷，”他說。重力波可以跨越星系。 重力波存在於低頻頻譜中，因此從電波望遠鏡記錄到重力波的第一個峰值到第二個峰值之間，可能要經過一兩年的時間。 隨著重力波的振盪，它們在宇宙中激起漣漪，遇到的任何物體都會在時間和空間上發生輕微的位移。

脈衝星–一對旋轉的中子星–讓天文學家得以偵測重力波。 脈衝星會發出無線電脈衝，以精確、可預測的間隔到達地球。

豐塞卡說：”我們把脈衝星當作探測器，當作遠方的燈塔。當我們在脈衝星陣列中看到影響定時的相關偏差時，這就是引力波影響地球的跡象。 出現偏差是因為重力輻射穿過了我們，縮小並擠壓了我們的觀測站和儀器。

利用脈衝星作為探測器，需要盡可能多地了解脈衝星本身以及像”閃爍”這樣的現象，即恆星的閃爍，它會影響脈衝星在飛向地球過程中的訊號。

“閃爍似乎是隨機的，天文學家歷來認為它是一種幹擾。但我相信，它編碼的資訊可以改進重力波探測。”

豐塞卡強調了綠岸望遠鏡和CHIME脈衝星資料的整合，這意味著天文學家將了解的不僅僅是重力波–他們還能計算出中子星的質量。

” 計算質量在天文學中是一件罕見而困難的事情。我們沒有天平來測量恆星的重量。 但我們現在有辦法從這些信號中提取出非常精確的引力信息，讓我們能夠測量中子星的質量，進而告訴我們它們內部發生了什麼，」他說。

脈衝星是一顆旋轉的中子星，是”我們目前所能觀測到的最極端的環境”。 它的環境與黑洞類似，但由於其引力沒有那麼極端，我們可以從技術上了解它們內部發生了什麼。

J-羅伯特-奧本海默是最著名的’原子彈之父’，但他也是最早對中子星的行為提出疑問的人之一，比如核物理如何在如此極端的重力下工作，或者那裡可能存在哪種物質。 那是將近一百年前的事了，而我們只是在最近五年才開始透過NANOGrav 資料發現一些耐人尋味的線索。

與豐塞卡一起工作的還有西維吉尼亞大學的研究生研究助理、來自印度浦那的斯瓦拉利-帕蒂爾和來自芝加哥的馬修-巴特尼克。

編譯自/ SciTechDaily