宇宙漣漪是什么樣的,？最詳盡的引力波背景圖出爐(2)

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2025-05-16 15:51:45 科普中國

低頻引力波：怎么探測,？

但問題是，低頻引力波的波長太長了,，要探測這種引力波,，我們需要一個與其波長相當(dāng)?shù)奶綔y器。換句話說,，我們需要的是一個覆蓋銀河系的超大探測器,！對于現(xiàn)有的技術(shù)而言，這簡直就是天方夜譚,，但天文學(xué)家卻找到了一個絕妙的解決辦法——脈沖星計時陣,。

什么是脈沖星呢？簡單來說,，脈沖星是一種高速旋轉(zhuǎn)的中子星,，它們每秒可自轉(zhuǎn)數(shù)百次,。它們就像宇宙中的“燈塔”，以極其穩(wěn)定的節(jié)奏向地球發(fā)射信號,。這些信號的到達時間精準(zhǔn)到納秒級,，所以脈沖星可以被視為超精密的宇宙時鐘。

天文學(xué)家通過尋找分布在不同方向的脈沖星,，利用它們之間的相對位置,，構(gòu)建了一個類似銀河系規(guī)模的脈沖星網(wǎng)絡(luò)。每顆脈沖星就像一個“探測點”,，多個探測點協(xié)同工作,，就相當(dāng)于構(gòu)建了一個銀河系級別的引力波探測器。

那么,，如何利用這張“脈沖星網(wǎng)絡(luò)”來檢測引力波背景呢,？

脈沖星計時陣。圖：M. Kramer / MPIfR / EPTA

當(dāng)引力波穿過地球與脈沖星之間的空間時,，會稍微拉伸或壓縮時空,，從而使脈沖星信號到達地球的時間發(fā)生輕微的偏差。想象一下,，一個超級穩(wěn)定的“宇宙時鐘”,，它的時間變得稍微快了或慢了——這就是引力波留下的痕跡。

引力波背景的存在會導(dǎo)致脈沖星對之間的信號到達時間產(chǎn)生特定的相關(guān)性,。這種相關(guān)性并不是憑空猜測出來的,，而是由理論嚴(yán)格推導(dǎo)的。天文學(xué)家將這種模式繪制成一條叫做Hellings-Downs曲線的圖,，它描述了不同方向的脈沖星對之間的時間延遲相關(guān)性如何隨著它們在天空中的夾角變化而變化,。

這條曲線的特別之處在于，它與引力波的傳播方向無關(guān),，成為了檢測引力波背景的重要標(biāo)準(zhǔn),。如果觀測數(shù)據(jù)與Hellings-Downs曲線吻合，就意味著我們成功探測到了引力波背景,。如果數(shù)據(jù)偏離這條曲線,，那可能是觀測噪聲或其他干擾因素引起的,，需要進一步驗證,。

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