脉冲星进入宇宙的新途径

天文观测站通常以地球为基础，通过捕获光作为信息载体来研究宇宙中的极端过程。但并非宇宙中的所有过程都会产生光。例如，当星系合并和黑洞相互绕转时，它们会引起时空涟漪。

为了使这种引力波可测量，天文学家使用了一种技巧。他们观察了脉冲星(一类特殊的恒星)的光。这些恒星一起形成了一个几乎与我们的银河系一样大的天文台。

由马克斯·普朗克引力物理和射电天文学研究所以及印度和日本天文学家组成的欧洲团队发现了源自宇宙及其星系的形成和演化的引力波背景的第一个证据。

该团队使用了欧洲脉冲星计时阵列和印度脉冲星计时阵列，其中包括世界上最灵敏的六台射电望远镜。利用这些仪器，研究人员在25年的时间里观察到了引力波谱中以前未探索过的窗口，其波长与银河系中恒星之间的距离相当。

观测的目标并不是直接的引力波，而是分布在银河系中的25颗脉冲星，它们构成了迄今为止最大的引力波探测器。这些数据为我们对宇宙及其星系的形成和发展提供新的见解带来了希望

时空的颤抖

引力波以光速传播，导致狭窄的时空网周期性拉伸和挤压。波长为几光年的引力波背景最有可能的来源是具有数百万到数十亿太阳质量的双黑洞系统的宇宙分布。

这些是在早期宇宙中星系频繁碰撞和合并时形成的。在此过程中，来自这些星系中心的超大质量黑洞相互接近，形成紧密的双星系统。

地球上的引力波探测器已经被开发出来，用于测量当两个恒星质量的黑洞靠得很近并最终合并时产生的较短波的影响。来自活跃早期宇宙的长引力波无法直接从地球测量，但它们确实改变了脉冲星恒星的时钟频率。

宇宙灯塔

脉冲星是恒星的遗迹，就像宇宙灯塔一样，在绕轴旋转时向两个相反的方向发射射电光。如果射电锥锥体经过地球，则可以通过其周期性射电脉冲来测量脉冲星。

“脉冲星是优秀的自然时钟。我们利用它们信号令人难以置信的规律性来寻找它们滴答声的微小变化，以检测来自遥远宇宙的引力波对时空的微妙拉伸和挤压。”马克斯·普朗克射电天文研究所的大卫·钱皮恩说。此处，结果基于25个脉冲星的子集，这些脉冲星被选择为对引力波背景提供最大的灵敏度。

这些结果是基于欧洲和印度六座最大的射电望远镜数十年来的协调观测活动而得出的。这些是埃菲尔斯贝格的100米射电望远镜(德国)、韦斯特博克综合射电望远镜(荷兰)、乔德雷尔班克天文台的洛弗尔望远镜(英国)、撒丁岛射电望远镜(意大利)、南赛射电望远镜(法国)以及印度的巨型米波射电望远镜。

马克斯·普朗克引力物理研究所的乔纳森·盖尔说：“脉冲星计时阵列使用天体物理物体作为探测器，因此分析脉冲星计时阵列的数据变得很复杂”。

虽然你可以操纵和优化地球上的探测器，但这对于快速旋转的恒星来说是不可能的。为了检测引力波作为脉冲星定时信号中的微弱特征，研究人员需要精确了解从脉冲星接收到的周期性射电光以及时钟频率的不准确性。

他们还利用长期以来对引力波特性的了解，引力波在太空中传播并影响位于该空间内的脉冲星。因此，可以预期观测到的脉冲星的时间变化以某种方式相互关联。这种相关性是否在数据中变得可见是一个统计问题。

确定还是不确定?

根据物理学的黄金标准，测量到的信号，即所有观测到的脉冲星时钟的时钟偏离标准的模式，只有在不是概率为99.99997%的随机信号时才能得到可靠证明。

因此，诸如预期的信号纯粹是偶然发生的，在一百万次测量中仅出现一次。由于这在实践中很难进行测试，科学家们在计算机上模拟了所有脉冲星的标准循环信号，以应对不存在引力波来改变这些信号的具体情况。

欧洲脉冲星定时阵列以及其他国际合作项目的测量结果尚未达到这一黄金标准。为了达到最终的确定性，团队计划将他们的数据集合并为一个在国际脉冲星计时阵列的保护下的单一、更全面的数据集。

这将包括使用13架射电望远镜对100多颗脉冲星进行的观测，足以在未来提供引力波背景存在的无可辩驳的证据——这是宇宙演化中一个重要阶段的见证。