天文學家透過由快速旋轉的中子星組成的「星系級重力波探測器」,發現宇宙結構正在不斷振動。這種背景「隆隆聲」可能源自於星系中心超大質量黑洞的合併,並且此次研究還發現這些訊號比預期更強的有趣現象。
天文學家透過由快速旋轉的中子星組成的「星系級重力波探測器」,發現宇宙結構正在不斷振動。這種背景「隆隆聲」可能源自於星系中心超大質量黑洞的合併,並且此次研究還發現這些訊號比預期更強的有趣現象。
重力波的類型與探測
重力波是時空結構中的漣漪,可分為高頻與低頻兩種。一般的黑洞合併會發出高頻重力波,可用地面探測器探測;而超大質量黑洞在星系合併後發出的低頻重力波,只有星系級的探測器才能檢測到。
脈衝星計時陣列(MPTA)
團隊使用了南非MeerKAT無線電波望遠鏡陣列為基礎的MeerKAT脈衝星計時陣列(MPTA)。MPTA觀測了83顆脈衝星,記錄脈衝到達地球的時間,並分析奈秒級的微小偏差。脈衝星因穩定性被稱為「宇宙時鐘」,這些緻密天體每秒旋轉數百次並發出規律的輻射脈衝。如果重力波經過地球與脈衝星間的時空,會改變脈衝到達時間,為檢測重力波提供線索。
觀測結果
MPTA的觀測結果顯示,重力波背景的訊號比預期的更強,可能意味著宇宙中存在更多超大質量黑洞雙星系統,或我們的理論模型需要修正。此外,團隊還首次在南半球天空的7nHz頻段發現一個「熱點」,可能是超大質量黑洞合併的集中活動區域。這支持了重力波背景主要來自於這些雙黑洞系統的理論,而非來自於均勻分布的早期宇宙事件(如宇宙弦或量子漲落)。然而,該「熱點」是否確實為物理現象還是統計異常仍需進一步觀測確認。
未來研究方向
團隊將繼續結合其他國際脈衝星計時陣列(如NANOGrav和PPTA)的數據,檢測重力波背景的來源與特徵。這些研究將使我們更深入了解宇宙的時空結構與起源,並為探索早期宇宙的未知領域提供新方向。
研究成果
此次研究成果有三篇論文發表於《皇家天文學會月刊》,分別探討了重力波探測、脈衝星計時陣列的數據分析以及重力波背景的訊號特徵。
這項研究不僅為我們提供了關於宇宙結構的新見解,也為未來的重力波天文學研究開啟了新的篇章。