天体物理学家采用新方法搜寻时空涟漪

这项发表在《天体物理学杂志通讯》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如何运作。

"通过精确测量引力波，我们能学到很多东西，"天体与行星科学系教授达林表示。"不同性质的引力可能会产生多种不同类型的引力波。"

要理解这种波的工作原理，不妨将地球想象成在暴风雨海洋中漂浮的小浮标。

达林解释道，在宇宙历史长河中，无数超大质量黑洞曾进行着剧烈的双人舞：这些庞然大物彼此螺旋环绕，速度越来越快直至猛烈碰撞。科学家推测由此产生的碰撞威力巨大，能在字面意义上产生向外扩散至宇宙的涟漪。

这种背景噪声持续冲刷着我们的星球，尽管人类从未察觉。达林试图测量的引力波通常非常缓慢，需要数年乃至数十年才能穿越地球。

2023年，NANOGrav合作组织的科学家团队取得重大突破，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并挤压时空，影响了从被称为脉冲星（其作用类似宇宙时钟）的天体传至地球的光线。

但这些精细测量仅捕捉到引力波单向传播模式——类似于海浪直接朝向或远离海岸线的运动。相比之下，达林希望观测引力波相对于地球的横向及垂直运动。

在这项最新研究中，这位天体物理学家借助了另一类天体：类星体，即位于星系中心异常明亮的超大质量黑洞。达林通过精确测量类星体在天空中相对运动的位移来搜寻引力波信号。虽然目前尚未探测到这些信号，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，"达林说。"它们会沿视线方向拉伸挤压时空，同时还会导致天体在天空中看似前后移动。"

运动中的星系

该研究深入探讨了天体运动测量这一著名难题，该领域被称为天体测量学。

达林阐释道，类星体距离地球数百万光年甚至更远。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发生偏折，如同棒球投手投出曲线球。

这些类星体实际并未在空间中移动，但从地球观测却看似位移——一种遍布四周的宇宙扭动现象。

"如果你能存活数百万年，并能实际观测这些极其微小的运动，就会看到类星体在反复扭动，"达林描述道。

但这仅是理论推测。实践中科学家始终难以观测到这种扭动。部分原因在于这些运动极其微小，所需观测精度相当于在地球上监测月球表面人类指甲生长的十倍；同时地球自身也在太空中高速运动——地球以约67,000英里/小时速度绕太阳公转，而太阳本身正以惊人的850,000英里/小时在宇宙中疾驰。

换言之，探测引力波信号需要将地球自身运动与类星体的视运动分离。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间对逾百万类星体的观测数据。

达林将这些观测数据中的类星体两两配对，并精确测量成对类星体间的相对运动。

虽然目前的研究结果尚不足以证实引力波导致类星体扭动，但达林强调这是至关重要的探索——例如，阐明引力波物理学可帮助科学家理解宇宙中星系的演化机制，并验证关于引力的基础理论假设。

这项研究即将迎来重大助力。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全新数据宝库。

"如果我们能观测数百万个类星体，或许就能从海量数据中挖掘出这些隐藏的信号，"他展望道。