编织脉冲星网，捕捉低频引力波

引力波频率跨度范围很宽，因此需要采用不同的技术来探测。北美纳赫兹天文台引力波项目的新近研究表明，通过现有的射电望远镜可能很快就能探测到低频引力波。

研究团队本周在《天体物理学杂志》上发表了一篇研究论文，第一作者NASA喷气推进实验室（以下简称：JPL）博士后Stephen Taylor说：“探测这个信号是有可能的，只要我们有能力监测天空中数量足够多的脉冲星。”他还说道：“相同的偏差模式将是确凿的证据。”他和JPL以及加州理工学院的同事研究了一种通过脉冲星探测低频引力波信号的好方法。超新星爆炸后，核心区域会坍缩成一个致密的星体，一个快速旋转的中子星，而脉冲星是高度磁化的中子星。

爱因斯坦的广义相对论预言加速运动的大质量物体会产生时空的涟漪——引力波。纳赫兹引力波是一对超大质量黑洞旋进与合并时产生的，每个黑洞都比此前LIGO探测到的黑洞质量大数百万甚至是数亿倍。这些黑洞来源于各自的星系中心，它们慢慢地相互靠近，最终合并在一起，创造出一个超大型的黑洞。

当它们相互绕转的时候，就会拉拽时空，产生一个微弱的信号向各个方向传递，就像蜘蛛网上的振动。当这个振动经过地球的时候就会轻微地推挤我们的星球，使我们相对于脉冲星的距离产生些许位移。由超大质量黑洞引起的引力波要花几个月甚至几年才能穿越地球，这就需要我们持续观测好几年去探测。

Taylor的一位也在JPL工作的合作者Joseph Lazio说：“星系合并在宇宙中是司空见惯的，我们相信有许多星系中藏匿着我们所能探测的成双成对的超大质量黑洞。脉冲星能够让我们看到这些正在旋进的大质量事件。”

一旦这些巨大的黑洞彼此距离非常接近，引力波就会变得很短便不适合用脉冲星去观测，但像eLISA（由欧洲航天局和美国航天局合作的引力波探测项目）这样的天基激光干涉仪可以在这个波段中工作，可以记录下两个超大质量黑洞并合时的引力波。LISA探路者任务就是目前正在进行的先导任务，用来测试和验证未来eLISA任务所需的技术。

寻找双超大质量黑洞是天文学家的一大挑战。星系的中心区域包含有许多恒星，而鬼魅般的黑洞却非常非常小，大概只是与我们的太阳系大小差不多。要想在耀眼的星系核心区域看见黑洞势比登天。

这时候就需要射电天文学家站出来了。2007年，NANOGrav项目开始观测一组快速旋转的脉冲星试图发现引力波所引起的地球位置的微弱变化。

有些脉冲星所发出的无线电波束会扫到地球，每转一圈就扫到一下，天文学家可以发现一组快速的脉冲信号。大多数脉冲星一秒内就旋转好几圈，而有些所谓的毫秒脉冲星，一秒钟就可以转几百圈甚至更多。

美国西弗吉尼亚大学的射电天文学家、NANOGrav团队成员Maura McLaughlin说：“毫秒脉冲星的到达地球的时间可以精确预测，我们的仪器能够把脉冲的时间精确测量到千万分之一秒之内。正因为如此，我们能够利用它们来探测地球位置极其细微的偏移。”

不过，喷气推进实验室和加州理工学院的天体物理学家注意到，如果真要探测微弱的引力波，还需要好几个脉冲星。研究团队的另一位成员Michele Vallisneri说：“我们就好比是在蜘蛛网中央的蜘蛛，蛛丝越多，我们越有可能感受到引力波经过地球。”

Vallisneri说道：“要完成这一壮举，必须要寻求国际合作。NANOGrav项目目前正在监测54颗脉冲星，但对于南半球星空我们只能看到的一小部分，我们需要与欧洲和澳大利亚的同事更紧密地开展工作，才能够覆盖全天空，以满足搜索的需求。”

这种方法的可行性现在陷入困惑，澳大利亚的一个脉冲星研究小组报告说他们使用了最精密的计时方法去分析一组脉冲星，却没有丝毫发现。在对研究结果进行研究后，NANOGrav项目团队认为没有检测到引力波信号也并不奇怪，因为研究人员使用了过于乐观的引力波模型，而且所分析的脉冲星目标也太少了。他们的单页回应函已于近日通过arXiv电子打印服务发布。

尽管技术上颇具挑战，Taylor及其团队仍然信心满满。他认为引力波正不断地冲刷地球，“随着更多数量的脉冲星进入监测范围，我们期待着在接下去的10年里获得更加清晰更加可靠的低频引力波的证据。”

NANOGrav项目是一项由美国和加拿大十多家研究机构超过60位科学家开展的合作项目。团队使用美国国家射电天文台位于西弗吉尼亚州的绿岸射电望远镜阵列以及位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜来探测引力波。2015年，NANOGrav项目获得了美国国家科学基金会1450万美元资助。由物理前沿中心运作。

美国国家科学基金会引力波研究项目主任Pedro Marronetti指出：“随着LIGO近期探测到引力波，NANOGrav合作项目的出色工作显得尤其必要和及时。美国国家科学基金会资助的物理学前沿中心将尽力补充LIGO的观测工作，将引力波探测范围降到很低的频率。”