天体物理学家以新方式探索时空涟漪

这项发表在《天体物理学杂志通讯》(The Astrophysical Journal Letters)上的研究，有朝一日可能帮助解开宇宙最深奥的谜团之一，包括引力在最基本层面是如何运作的。

"通过精确测量引力波，我们可以了解很多东西，"天体物理与行星科学系教授达林表示，"不同的引力理论可能导致多种不同类型的引力波。"

要理解这类引力波的工作原理，可以想象地球如同暴风雨海洋中漂浮的小浮标。

达林解释道，在整个宇宙历史中，无数超大质量黑洞进行着激烈共舞：这些庞然大物相互盘旋的速度越来越快，直至猛烈碰撞。科学家推测，由此产生的碰撞能量如此巨大，它们确实会生成向宇宙扩散的涟漪。

这种背景噪声持续冲刷着我们的星球，尽管人类无法感知。达林试图测量的这类引力波通常非常缓慢，需要数年乃至数十年时间才能穿越地球。

2023年，NANOGrav合作组织的科学家团队成功测量了这个宇宙波池。该团队记录了宇宙引力波背景如何拉伸和挤压时空，影响从脉冲星这类天体（其作用类似宇宙时钟）射向地球的光线。

但这些详细测量仅捕获了引力波单向运动的特性——类似于直接涌向或远离海岸线的波浪。相反，达林希望观测引力波相对于地球如何横向及垂直运动。

在最新研究中，这位天体物理学家借助了另一类天体：类星体——即星系中心异常明亮的超大质量黑洞。达林通过精确测量天空中类星体间的相对位移来搜寻引力波信号。虽然尚未发现这些信号，但随着更多数据积累，情况可能改变。

"引力波在三维空间运作，"达林指出，"它们沿视线方向拉伸挤压时空，同时也会导致天体在天空中看似前后移动。"

星系运动

该研究聚焦天体运动测量（即天体测量学）这一公认的复杂领域。

达林阐释道，类星体距离地球数百万光年乃至更远。当这些天体的光芒射向地球时，其路径并非直线。经过的引力波会使光线偏折，如同棒球投手投出弧线球。

这些类星体实际并未在太空中移动，但从地球观测却呈现运动状态——仿佛我们周围正发生宇宙尺度的摆动。

"如果你能存活数百万年，并能观测到这些极其微小的运动，就会目睹类星体来回摆动。"达林描述道。

这仅是理论推测。实践中，科学家们难以观测到这种摆动。部分原因在于这些运动极其微弱，所需观测精度比从地球监测月球上人类指甲生长还要高十倍。此外，地球本身也在太空中运动：地球以约67,000英里时速绕太阳公转，而太阳正以惊人的850,000英里时速穿越宇宙空间。

换言之，检测引力波信号需要将地球自身运动与类星体视运动剥离。为此，达林调用了欧洲航天局盖亚卫星的数据。自2013年发射以来，盖亚科学团队已发布约三年内对逾百万颗类星体的观测数据。

达林将这些观测数据处理后，将类星体两两配对，并精确测量成对类星体的相对运动。

当前研究结果尚不足以证明引力波导致类星体摆动。但达林强调，这是项至关重要的探索——例如，揭示引力波物理机制可帮助科学家理解宇宙中星系演化，并检验关于引力的基本假设。

这位天体物理学家可能很快获得新助力：2026年盖亚团队计划再发布五年半的类星体观测数据，提供可能揭示宇宙引力波背景奥秘的新数据集。

"如果能够观测数百万颗类星体，或许就能在这个庞大数据库中发掘出隐藏的信号。"他总结道。