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探测低频引力波的新窗口
时间: 2024-03-12浏览次数:
 引力波是因为时空的弯曲而发作的振动,它可能流传到远方,率领着合于其出处的消息。引力波的存正在是由爱因斯坦的广义相对论预言的,但直到2015年,人类才初度直接探测到引力波,这是由两个黑洞归并发作的。这个史书性的发掘为咱们开启了一个新的天文学窗口,让咱们不妨观测到那些用电磁波无法看到的天体和征象。  引力波的频率取决于其出处的特性,好比质料、速率和隔断。目前,咱们曾经探测到了几十个引力波变乱,它们

  引力波是因为时空的弯曲而发作的振动,它可能流传到远方,率领着合于其出处的消息。引力波的存正在是由爱因斯坦的广义相对论预言的,但直到2015年,人类才初度直接探测到引力波,这是由两个黑洞归并发作的。这个史书性的发掘为咱们开启了一个新的天文学窗口,让咱们不妨观测到那些用电磁波无法看到的天体和征象。

  引力波的频率取决于其出处的特性,好比质料、速率和隔断。目前,咱们曾经探测到了几十个引力波变乱,它们的频率都正在几十赫兹到几千赫兹之间,这是因为它们的出处都是由黑洞或中子星构成的精细双星体例。这些引力波可能被地面的激光干预仪探测到,好比LIGO和Virgo。

  然而,咱们懂得另有更多的引力波源存正在,它们的频率要低得多,好比超大质料黑洞的归并、宇宙暴胀的奇迹、或者极少新的物理历程。这些引力波的频率也许正在纳赫兹以下,以至到达亚纳赫兹的鸿沟。这些引力波的波长很是长,无法被地面的仪器探测到。咱们需求寻找一种新的本领,来探测这些超低频的引力波。

  这就引出了咱们的主角——脉冲星。脉冲星是一种格表的中子星,它是由恒星坍缩后留下的致密中央。脉冲星有着极强的磁场和火速的自转,它们会从南北极发射出剧烈的射电波束,就像一盏灯塔相通。当这些射电波束扫过地球时,咱们就可能用射电千里镜汲取到它们,造成一系列的脉冲信号。这些脉冲信号很是安宁和纪律,就像一枚严密的时钟相通。本相上,有些脉冲星的安宁性以至逾越了原子钟,它们被称为毫秒脉冲星。

  脉冲星的安宁性使得它们成为了探测引力波的理思东西。倘使有一种引力波通过地球和脉冲星之间的时空,它会导致时空的弯曲,从而转折咱们汲取到的脉冲信号的来到时辰。通过观测多个脉冲星的脉冲信号,咱们可能寻找引力波惹起的干系的时辰延迟,从而探测到引力波的存正在和本质。目前,有几个国际合营的脉冲星计时阵列项目正正在举行中,它们的主意是探测纳赫兹频段的引力波低频,紧要来自于超大质料黑洞的归并。

  然而,脉冲星计时阵列的本领有一个局部性,那便是它只可探测到周期大于观测时辰的引力波,也便是说,它只可探测到频率高于1 nHz的引力波。那么,倘使有一种引力波的频率低于1 nHz,以至到达亚纳赫兹的鸿沟,咱们该奈何办呢?这就需求咱们找到一种新的本领,来探测这些超低频的引力波。迩来有一篇论文就做出了如此的奉献,它提出了一种用脉冲星参数漂移探测亚纳赫兹引力波的本领。

  什么是脉冲星参数漂移呢?轻易地说,便是脉冲星的极少物理参数,好比自转周期、自转频率、自转相位等,会跟着时辰而舒徐地变动。这些变动有许多也许的来源,好比脉冲星的内部组织、磁场、星风、双星伴星等。这些变动会影响咱们观测到的脉冲信号的形势和周期,于是咱们可能用射电千里镜衡量这些参数,而且拟合它们的变动纪律。这些参数的变动纪律普通可能用极少轻易的函数来描写探测低频引力波的新窗口,好比线性、二次、三次等。

  然而,倘使有一种亚纳赫兹的引力波通过地球和脉冲星之间的时空,它也会惹起脉冲星参数的变动,但这种变动是因为时空的弯曲,而不是脉冲星自己的物理历程。于是,这种引力波惹起的参数变动会和咱们拟合的函数有一个细幼的差错,这个差错便是咱们要寻找的信号。这种本领的便宜是,它不需求引力波的周期大于观测时辰,只需求引力波的周期大于脉冲星参数的变动时辰,也便是说,它可能探测到频率低于1 nHz的引力波。

  论文的作家便是用这种本领,来剖析了极少已有的脉冲星观测数据,他们发掘了极少兴趣的结果。他们发掘,有极少脉冲星的参数漂移的残差,显示出了一种周期性的变动,这种变动的频率正在0.1 nHz到1 nHz之间,这恰是亚纳赫兹引力波的频段。他们还发掘,这些残差的倾向和巨细,与一种格表的引力波源的预期一概,那便是因为宇宙暴胀发作的原初引力波。

  宇宙暴胀是一种宇宙学的表面,它以为,正在宇宙出世的最初的一刹时,宇宙资历了一段极疾的指数级的膨胀,使得宇宙的标准从一个量子涨落的巨细,伸长到了一个可观测的巨细。这种暴胀的来源和机造还不是很明确,也许和一种称为暴胀场的场相合。宇宙暴胀的表面可能说明极少宇宙学的谜题,好比平整性题目、视界题目和磁单极题目等。

  宇宙暴胀的历程中,暴胀场的量子涨落会被放大到宏观的标准,从而正在时空中发作细幼的扰动,这些扰动便是原初引力波。原初引力波是一种很是陈腐的引力波,它可能反响宇宙最早的状况和物理。原初引力波的频率分散是一个毗连的谱,它可能笼盖从亚纳赫兹到千赫兹的鸿沟,然而区另表频段对应的原初引力波的强度区别,它取决于暴胀的模子和参数。目前,咱们还没有直接探测到原初引力波的存正在,然而有极少间接的证据,好比宇宙微波后台辐射的B模极化等。


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