科学家们正准备将银河系变成一个巨大的探测器。

​​图解：图片中的两个红点是黑洞引擎，它们的大尺度喷流结构也清晰可见。

图源：北美纳赫引力波天文台（NANOGRAV）

2019年4月，研究黑洞的科学家们宣布他们将整个地球变成了一个巨大的虚拟望远镜，并拍下了5500万光年远的一颗大质量黑洞的照片。

另一支研究黑洞的团队表示，他们正在将整个银河系变成一个更大的黑洞探测器——这次是为了寻找在遥远的星系中相互绕转的黑洞。

北美纳赫引力波天文台（NANOGrav）这个项目，是在科罗拉多州的丹佛举行的美国物理学会会议上提出的。NANOGrav正试着通过探测黑洞产生的引力波——毫秒脉冲星这一类天体正是因此而出名的，来寻找成对的大质量黑洞。

引力波是黑洞等大质量天体运动产生的宇宙空间中的涟漪。这些涟漪会引起空间扩大、收缩或者变形，从而扭曲我们所生活的时空。

脉冲星则是恒星死亡后坍缩而成的，它会发出一束束的射电脉冲，扫过太空，就好像宇宙中闪烁着的灯塔。毫秒脉冲星自转速度极快，所以它们每秒能发出大量的脉冲信号。

来自位于加利福尼亚州，帕萨迪纳市的美国喷气推进实验室的一位天体物理学家，约瑟夫·西蒙说：“他们就像散落在银河中精确的时钟。”

“脉冲星是宇宙中最精确的时钟，”一位澳大利亚国立大学的天体物理学家和宇宙学家布拉德·塔克说，“甚至有些对于它们的观测数据还用来校准GPS卫星。”但塔克并不是NANOGrav的成员。

黑洞与脉冲星并无直接关联。但科学家们相信，当星系合并时，位于它们中心的大质量黑洞将会相互绕转直到最终它们也合为一体。

在黑洞相互绕转的同时，它们将会从它们的轨道发出引力波。NANOGrav的任务就是通过精确、规律的脉冲信号通过黑洞时的效应来探测这些涟漪。

西蒙说，“当引力波通过地球时，它会拉长并挤压我们的时空，所以从脉冲星发出的脉冲会走略长一点或短一点的路程。这样，它到达地球的时间就会比我们预料的略微迟一点或早一点。”这是很微小的效应，“我们要探寻的这种变化的时间小于一微秒，又因为地球的自转和公转产生的影响远远大于了NANOGrav所寻找的微小的效应到达地球时所产生的能被射电望远镜发现的影响，使得这项任务十分艰巨。”

尽管这个效应如此细微，但项目名字中的“nano（十亿分之一）”并不是指十亿分之一秒，而是指十亿赫兹：每秒钟周期性重复十亿次。

换句话说，一个完整的周期是30年。

为了探测到这个效应，NANOGrav团队从2006年起就开始监测48颗脉冲星，这表明他们已经积累了13年的数据。但这对于探测到十亿赫兹的周期的效应来说是远远不够的。

“我们期待在接下来的三到四年里我们可以探测到这种效应，当然，这也取决于这种效应实际上有多强烈。”西蒙说。

他还说，他们的目标和LIGO以及欧洲的Virgo有很大不同。LIGO和Virgo运用几千米长的激光干涉仪成功的探测到了小质量（相当于恒星质量）的黑洞以及中子星的合并而产生的更像是瞬时的震荡。

位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学的一个项目做了一个LIGO的小模型，里面包括一面极其微小的分光镜，它的直径相当于人的头发丝那么小。这是在为提高LIGO和Virgo下一代探测器的灵敏度而努力。

但是所有的引力波科学家却都为NANOGrav的想法所叹服。

“NANOGrav正在做的工作真是让人难以置信，”路易斯安那州立大学的研究团队的主要负责人托马斯·科比特说，“看到同样的物理学去统治那些完全不同的黑洞是一件十分神奇的事。”

“这也是一个探究极端环境下空间的变化的聪明途径，”塔克接着说道“用一个精确的观测去探究完全不同的事的想法让我感到很高兴，就像当初被设计来寻找行星的开普勒空间望远镜后来传回了很多恒星和黑洞的数据一样。”

“研究更多的大质量黑洞是很重要的，”他继续说：“我认为几乎每一个大的星系都有黑洞，它们是测试极端条件下的物理学最好的实验室——不仅是重力，对于时间来说也是如此。”

“好的是，”澳大利亚国立大学的引力物理学中心的首席科学家大卫·麦克利兰添加道“LIGO和Virgo已经证明了引力波的存在，而且可以被直接探测到。这只是时间问题，直到其他像NANOGrav一样的项目也去探索它们。”

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. cosmosmagazine- Richard A. Lovett