【科学家利用星系级望远镜,发现宇宙结构正在不断振动】
通过快速旋转的中子星组成的「星系级重力波探测器」,天文学家发现宇宙结构正在不断振动。这种背景「隆隆声」可能源自于星系中心超大质量黑洞的合并,此次研究还发现这些信号比预期更强的有趣现象。
重力波是时空结构中的涟漪,可分为高频与低频两种。一般的黑洞合并会发出高频重力波,可用地面探测器探测;而超大质量黑洞在星系合并后发出的低频重力波,只有星系级的探测器才能检测到。
团队用MeerKAT脉冲星计时阵列(MPTA),是南非MeerKAT无线电波望远镜阵列为基础的探测计划。MPTA观测83颗脉冲星,记录脉冲到达地球的时间,并分析奈秒级微小偏差。脉冲星因稳定性称为「宇宙时钟」,这些致密天体每秒旋转数百次并发出规律的辐射脉冲。如果重力波经过地球与脉冲星间的时空,会改变脉冲到达时间,为检测重力波提供线索。
MPTA的观测结果显示,重力波背景的讯号比预期的更强,可能意味着宇宙中存在更多超大质量黑洞双星系统,或我们的理论模型需要修正。此外,团队还首次在南半球天空的7nHz频段发现一个「热点」,可能是超大质量黑洞合并的集中活动区域。
这支持了重力波背景主要来自于这些双黑洞系统的理论,而非来自于均匀分布的早期宇宙事件(如宇宙弦或量子涨落)。然该「热点」是否确实为物理现象还是统计异常仍需观测确认。
团队将继续结合其他国际脉冲星计时阵列(NANOGrav / PPTA)数据,检测重力波背景来源与特征。这些研究将使我们更深入了解宇宙的时空结构与起源,并为探索早期宇宙的未知领域提供新方向。
研究成果有三篇论文发表于《皇家天文学会月刊》。