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研究發現宇宙超低頻引力波背景的新證據

【2022年01月17日訊】(記者笛睿編譯報導)一個國際研究組最新公佈的數據顯示,科學家找到了存在「低頻引力波背景」信號的最新證據。

根據愛因斯坦的相對論,科學家認為宇宙中像大型黑洞合併、或是宇宙誕生初期所發生的各種事件,都會在宇宙中留下引力波的證據。這些漣漪的尺度可達光年的級別。在過去幾十年來,科學家一直在尋找這些信號。

國際脈衝星計時陣列(International Pulsar Timing Array,縮寫為IPTA)是一個觀測引力波的國際合作項目組,聯合了歐洲脈衝星計時陣列(EPTA)、北美納赫茲引力波天文台(NANOGrav)和澳大利亞帕克斯脈衝星計時陣列(PPTA)等多國的研究力量。

最近該項目發佈的第二批觀測數據DR2,包含了65顆脈衝星的精確的計時數據。研究組表示,從這些脈衝星綜合的數據來看,有強烈的證據顯示這裡面存在一種共同的超低頻信號。這種信號的特點和理論預測的「引力波背景」信號一致。

理論認為,多個宇宙事件(比如大型黑洞的合併)所產生的引力波疊加在一起,會產生這種引力波背景信號,就像一個擁擠的禮堂裡面的人群所發出的嘈雜的說話聲。

除了像黑洞合併這樣劇烈的事件,理論認為,來自宇宙誕生早期的天文事件信號也會摻雜在「引力波背景」信號中。所以發現引力波背景信號能夠揭示宇宙的很多奧秘。

主要研究者之一英國伯明翰大學(University of Birmingham)引力波天文學研究所(Institute for Gravitational Wave Astronomy)所長阿爾貝托·維奇奧(Alberto Vecchio)說:「發現來自多個黑洞合併事件或其它宇宙來源的引力波,將對我們了解星系的形成和發展,或是早期宇宙的演化過程提供前所未有的見解。」

合作研究者DR2項目負責人陳思遠(Siyuan Chen,音譯)說:「這是一個非常令人興奮的信號!雖然我們還沒有確鑿的證據,但是我們發現了引力波背景數據的初步跡象。」

但是PPTA的鮑里斯·岡察洛夫(Boris Goncharov)有些謹慎,他認為數據也可能來自脈衝星模型的誤差。

NANOGrav的毛拉·麥克勞克林(Maura McLaughlin)說:「如果我們看到的數據的確是引力波背景信號的第一個證據,那麼按照我們的模型,我們在不遠的將來就能找到這些信號的確切來源。」

這份研究1月12日發表於《王家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)的研究宣佈了這項結果。◇

責任編輯:葉紫微

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大質量黑洞從何而來 新研究提新合併模型

【2022年01月25日訊】(記者笛睿編譯報導)大質量的黑洞從何而來?像知名的引力波GW190521,由兩個質量各是太陽70倍以上的黑洞合併發出,是科學家至今發現的質量最大的黑洞之間的合併。

科學家認為黑洞最常見的來源應該是恆星到了生命終點,以超新星形式爆發後坍塌成一個黑洞。但是,70倍於太陽質量的黑洞遠遠超過了這個理論能解釋的黑洞來源。那這樣大質量的黑洞從何而來?

1月20日發表於《自然·天文學》(Nature Astronomy)期刊的研究通過分析引力波GW190521,認為這兩個黑洞合併之前,以偏心率很大的橢圓軌道互相繞行後合併。而這個過程,正是在星系內恆星密集區域不斷重復發生的過程:恆星死亡坍塌成黑洞後,遇到另一個黑洞,結合成一個以橢圓軌道互相繞行的雙體系統,最後兩個黑洞合併,新的黑洞接著再遇到其它黑洞再合併……這個過程中黑洞的質量不斷在增加。

主要研究者之一美國羅切斯特理工學院(Rochester Institute of Technology,簡稱RIT)的天文物理學教授曼努埃拉·坎帕內利(Manuela Campanelli)說,他們從新的角度分析了引力波GW190521的數據,構建了幾百個黑洞合併的模型,最後發現兩個黑洞以大偏心率軌道互相繞行後合併的模型與探測到的引力波信號最符合。

「這項研究是黑洞合併研究道路上的一大進展,」坎帕內利說,「我們用超級電腦構建複雜的模型,結合來自美國的LIGO和意大利的Virgo引力波探測器的詳盡數據,我們正以驚人的速度揭示宇宙的奧秘。」◇#

責任編輯:葉紫微