用脉冲星作为引力波的探测器

用脉冲星作为引力波的探测器

译者前言:
有网友建议说，想让引力波探测器的臂再长一些，达到天文单位级别。这里我们看到，只需利用现有的天体，就可以让探测臂长达到星系尺度。这篇旧文发表于2012年。

Epping城区，Parkville城区(澳大利亚)——尽管使用了长达数公里的大型探测器，但迄今为止它们仍未被发现(译者注：本文写作于2012年。现在引力波已经被发现。)：引力波，即时空的振动，被Albert Einstein在他的广义相对论中预言存在。但是引力波可能很快就会被发现。并不需要使用特殊的探测器，而是使用普通的射电望远镜，它可以测量来自脉冲星的无线电信号的到达时间。然而，和至今为止的估计不同，Vikram Ravi等作者认为，振动并不会像一种背景噪声那样出现，而是来自独立来源的单个信号占主导。

脉冲星是一种中子星，后者是极其致密的恒星遗体，在平均约20千米的直径中能包含一个太阳质量。脉冲星发出高度聚焦的无线电辐射，就像灯塔的光线一样，并通过星体的快速旋转扫过太空。当地球被这些辐射命中时，天文学家就可以用他们的天线，记录下周期性的无线电脉冲。研究人员特别感兴趣的是快速旋转的脉冲星，其周期在毫秒范围内，因为这些天体脉冲的稳定性比原子钟的稳定性还大。

三个名为脉冲星计时阵列的国际项目“现在能通过约40颗最稳定的毫秒脉冲星提供高品质的时间测量”，澳大利亚国家望远镜机构的George Hobbs说。由于已知毫秒脉冲星的数量稳步增长，一系列更新、更大的射电望远镜也不断建成，Hobbs认为，精确的时间测量可能很快将为引力波提供证据，他对此表示乐观。当然，研究人员表示，脉冲星的信号在到达地球的途中也会被其他效应所干扰，例如被星际气体的密度涨落。对于不同的脉冲星，这样的涨落导致会导致完全不同的延迟；而引力波造成的影响，也依赖于脉冲星和引力波源之间的角度。

(用这种方法能探测到的)引力波源主要是超大质量黑洞的合并。几乎每个星系都在其中心附近有一个黑洞，可达数百万乃至数十亿倍的太阳质量。随着星系在宇宙历史中一次又一次地相互碰撞，中心黑洞的合并一次又一次地发生。墨尔本大学的Vikram Ravi及同事，根据已建立的星系演化模型，研究了这些事件对脉冲星信号的影响。 “我们发现，(由超大质量黑洞合并事件所产生的引力波引起的脉冲星周期)变化，其统计分布与随机、各向同性的引力波背景(引起的脉冲星周期变化)不一样”，研究人员在《天体物理学期刊》上写道。

因此，超大质量黑洞不会产生均匀的引力波噪声。 “原因在于，少数几个引力波源主导着(脉冲星周期的)变化，”Ravi和同事写道。他们预计，在未来五年内，有较大的机会，能探测到单独一次双黑洞合并事件造成的脉冲星信号到达时间偏差。重点是，不要在数据分析中寻找均匀的引力波背景，而是要寻找这样的个别事件。

相关论文：https://arxiv.org/abs/1210.3854
相关蛋文：http://jandan.net/2015/09/30/hunting-gravitational-waves.html

译者后记
脉冲星计时阵列，由于其尺度超大，看起来很酷炫。它适合于探测超大质量黑洞合并产生的低频引力波，而现有的LIGO探测器难以听到这样的事件。同样，LIGO敏感的恒星质量黑洞合并事件，脉冲星计时阵列就探测不到。遗憾的是，近七年过去了，还是没能成功地用脉冲星计时阵列探测到引力波。从这篇文章中，可以依稀看到研究人员意气风发的样子。而相关蛋文的报导就显得有些心灰意冷了。

原文作者：Rainer Kayser
原文日期2012年10月16日
本文译自 Weltraum aktuell，由译者 cmp0xff 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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