- 研究人员刚刚宣布发现了引力Nal波背景。
- 经过15年的研究，科学家们终于“听到”了他们一直在寻找的东西:引力应该充满宇宙的所有波。
- 这将为我们探索宇宙开辟一条全新的道路，使我们能够以一种全新的方式探索从星系形成到超大质量黑洞的一切——而且，也许，还能填补标准模型中的一些空白。
如果你在过去的几天里一直关注物理学和天文学的推特，你可能已经看到几乎每一个相关的研究人员和科学传播者都在为即将到来的改变世界的公告而惊慌失措。
好吧，在这里。这确实是一个大问题。
来自北美纳赫兹引力波天文台(nanogravity)的科学家们正式首次探测到引力波背景。
他们第一次探测到什么?问得好，尤其是如果你还没有在推特上关注过物理学和天文学的话。让我们回顾一下。
我们知道引力波已经有一段时间了。引力波是由激光干涉仪引力波天文台(LIGO)于2015年首次发现的，引力波是由有质量的物体在空间中运动引起的时空物理波纹，它们是我们通过更“传统”的空间观测手段无法看到的暗物质和超大质量黑洞等谜团的最佳潜在窗口之一。
万物都会产生引力波——甚至包括人类——但我们只能探测到非常非常强的引力波。重力源越强，引力波就越强。第一次探测到的引力波是由两个超大质量黑洞合并产生的。
尽管我们已经成功地发现了这些东西，但它们仍然很难被探测到——从爱因斯坦最初提出引力波到它们的发现，几乎整整过了100年——这主要是由于它们的波长。
到目前为止，我们只能探测到波长最短的引力波，也就是产生引力波的物体合并之前和过程中的引力波。随着两个大质量物体的轨道越来越近，它们的轨道开始越来越快。随着它们运行速度的加快，它们发射的引力波的频率也会增加(振动更快)，波长也会缩短。
但我们也希望能够探测到其余的波长。引力波的单个波长可以延伸数光年，而我们还没有能够捕捉到这些波长。我们还没有发现大多数引力波，而那些来自每个引力波源的又大又长的引力波，它们还没有完全准备好合并，应该到处都是。
直到现在。
“这些是迄今为止已知存在的最强大的引力波，”纳米重力物理前沿中心的联合主任莫拉·麦克劳克林在一次新闻发布会上说。“探测如此巨大的引力波需要一个同样巨大的探测器，还有耐心。”
考虑到人造探测器不可能有这么大的质量，科学家们转向了恒星。具体来说，他们转向脉冲星，一种旋转速度非常快的中子星。这种旋转基本上使恒星像灯塔一样运作，并产生闪光，以令人难以置信的一致间隔到达地球。直到几年前，用脉冲星计时比用原子钟还准确。(这只是因为我们在制造原子钟方面做得更好了。)
研究人员能够利用这种一致性来发挥他们的优势。nanogravity团队选取了67颗类似节拍器的脉冲星，基本上把它们变成了一个星系范围的望远镜。科考队仔细记录了他们向我们发射灯塔光束的频率。然后，科学家们继续观察。15年了。
研究人员正在寻找这些脉冲的变化。还记得把引力波描述为“时空中的物理涟漪”吗?这是文字。当引力波穿过一个区域时，它们会在物理上拉伸和压缩空间。这意味着，如果引力波在我们和脉冲星之间穿过，两个物体之间的实际距离就会改变。当引力波通过时，脉冲星会离我们更近或更远，而恒星或地球都不会移动。
关键在于:光以有限的速度在空间中传播。距离地球一定距离的脉冲星发出的闪光总是以相同的间隔击中地球，因为光线从那里到这里所花费的时间总是相同的。但是，如果脉冲星和地球之间突然有了更大的空间，那么光从那里到这里需要更长的时间，时钟般的计时就会被抛弃。
科学家们对脉冲星时钟观察了15年，这让他们有机会让那些难以置信的长引力波穿过脉冲星，并在脉冲星的时间上留下印记。他们找到了他们要找的东西。通过脉冲星时间的变化，研究人员终于能够“听到”他们一直在寻找的引力波背景。
“这就像一个合唱团，所有这些超大质量黑洞对都以不同的频率协调起来，”参与这项新发现的纳米重力科学家基亚拉·明加雷利(Chiara Mingarelli)在一次新闻发布会上说。“这是引力波背景的第一个证据。我们打开了一扇观察宇宙的新窗口。”
事实证明，宇宙是喧闹的。不仅是背景，它比任何人预期的都要强大。“引力波背景的声音大约是我预期的两倍，”Mingarelli说。“这确实是我们的模型从超大质量黑洞中所能创造的上限。”
这种过度的“量”有几个潜在的原因。首先，合并黑洞的数量可能比我们想象的要多得多。另一方面，弦理论认为时空中可能存在被称为“宇宙弦”的变形，从而产生引力波。如果你相信大弹跳理论而不是大爆炸理论，那么引力波也可能来自大爆炸理论。脉冲星也有可能并不像我们想象的那么完美。
他们计划调查所有这些，甚至更多，因为这些数据已经公开了。但从目前的情况来看，这似乎是真的。这不仅仅是纳米重力。现在有来自多个国家的多个合作项目发表的论文都指向同一件事:是的，这是真实的，是的，这是存在的。
对引力波背景的探测将为科学家们开辟一条全新的研究途径，以探索宇宙中最大的谜团，从中子星到星系形成。它甚至可能——如果我们像研究人员认为的那样幸运的话——允许我们探索全新的物理学，并填补标准模型中的一些空白。
在最近的播客中，明加雷利解释说，我们所有的宇宙探索都是通过使用被称为光子的光包来进行的。每次我们使用一种新波长的光(红外线、无线电等)，我们就开辟了一条全新的探索之路。但当我们第一次意识到不同的波长携带不同的信息时，它不仅开辟了一条新的途径，而且开辟了一个全新的世界。明加雷利将这一发现的重要性描述为类似于第一个多波长发现。我们将以前所未有的方式探索宇宙。
她在一次新闻发布会上说:“接下来的就是一切。”“这仅仅是个开始。”
