天文学家通常使用不同波长的电磁波谱来探索宇宙,从熟悉的可见光到无线电波,从红外线到伽马射线。通过电磁波谱研究宇宙有一个问题,我们只能看到宇宙只有38万年历史时的光。另一种方法是使用引力波,引力波被认为存在于早期宇宙中,可以让我们进一步探测。

引力波可以向我们展示宇宙的第一分钟

引力波的概念确实非常简单。将太空结构想象成一片巨大的海洋。湖中任何物体的移动都会引起渗透到水中的涟漪。正如海雾会限制能见度一样,涟漪仍然可以传播。重力波就像物体运动引起的空间涟漪。这是爱因斯坦1916年在他的广义相对论中预言的一个想法。

重力波不仅仅是一个理论,它们已经被检测到。2015 年 9 月 15 日,LIGO-Virgo 天文台在 13 亿光年之外探测到两个质量分别为 29 和 36 个太阳质量的黑洞合并产生的重力波。此后已经进行了 100 多次探测,因此重力波肯定是真实的。

南安普顿大学的里沙夫·罗斯汉(Rishav Roshan)和格雷厄姆·怀特(Graham White)相信,利用重力波,他们可以探测宇宙的最早时刻。在宇宙形成的早期,空间是不透明的,因为宇宙中充满了电离气体,电磁辐射无法渗透。Roshan 和 White 相信他们能够突破这个障碍。

在发布到arXiv预印本服务器的论文中,他们讨论了探测引力波的三种主要策略;脉冲星计时阵列、天体测量学和干涉测量学。这些技术是相似的,并且都依赖于重力波扰乱系统元件之间的空间。就干涉仪而言,系统光学器件之间的空间扰动揭示了重力波;在脉冲星阵列中,已知脉冲星系统的脉冲定时的变化暴露了它们的存在,而利用天体测量技术,目标物体角速度的微小变化揭示了波的存在。

自从引力波被发现以来,它提供了有关宇宙深处事件的宝贵信息。现在看来它们不仅可以用来解开空间上的一些谜团,还可以用来解开时间上的一些谜团。为了使我们能够超越标准模型(该模型于 20 世纪 70 年代开发,考虑到四种基本力:强力、弱力、电磁力和引力)来阐明物质的行为方式,对宇宙有更全面的了解,引力波似乎是关键。