研究表明：費米伽馬射線(xiàn)空間望遠鏡有望感應到通過(guò)的引力波

引力波是大質(zhì)量天體爆炸、旋轉或合并等事件引發(fā)的“時(shí)空漣漪”。

2015年，物理學(xué)家首次用激光干涉引力波探測器檢測到了引力波，開(kāi)啟了觀(guān)察宇宙的新時(shí)代。與此同時(shí)，其他科學(xué)家也一直在用地球上的射電望遠鏡追蹤這一神秘的“時(shí)空漣漪”?，F在，探測引力波的“獵場(chǎng)”已經(jīng)轉移到了太空，研究人員發(fā)現了一種尋找引力波的新方法。

一項近日發(fā)表于《科學(xué)》的新研究表明，費米伽馬射線(xiàn)空間望遠鏡在理論上也能感應到通過(guò)的引力波。盡管技術(shù)尚不足以支撐實(shí)際檢測，但它已經(jīng)在幫助其他研究人員加強相關(guān)分析。

自2015年以來(lái)，美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)和歐洲室女座干涉儀(Virgo)這兩個(gè)大型探測器已經(jīng)探測到數十個(gè)黑洞合并事件和一對中子星所產(chǎn)生的引力波。

探測器通過(guò)數公里長(cháng)的真空管發(fā)射激光，當一束引力波通過(guò)時(shí)，它會(huì )改變真空管的長(cháng)度(改變長(cháng)度僅為質(zhì)子寬度的1/10000)，然后就能檢測到引力波。

射電天文學(xué)家希望捕獲比LIGO和Virgo捕獲到的更大的獵物——超大質(zhì)量黑洞(數十億個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量)的合并事件。但這種互相環(huán)繞的黑洞產(chǎn)生的波很長(cháng)，一個(gè)周期要數年時(shí)間，因此捕捉它們需要一張覆蓋星系的“網(wǎng)”。于是，射電天文學(xué)家不再使用傳統的激光和真空管來(lái)探測，而轉向利用脈沖星“布網(wǎng)”。

當脈沖星旋轉時(shí)，它們發(fā)射的信號就像加強版燈塔光束一樣掃過(guò)宇宙，這樣地球上的天文學(xué)家每秒就能觀(guān)察到來(lái)自某些脈沖星的數百次閃光，其到達規律與原子鐘一致。當引力波從中穿過(guò)時(shí)將略微改變脈沖星和地球之間的距離，因此，天文學(xué)家希望通過(guò)監測銀河系中一組脈沖星多年來(lái)的脈沖到達時(shí)間，即脈沖星計時(shí)陣列(PTA)的微小變化來(lái)探測通過(guò)的引力波。

去年，北美和歐洲的PTA團隊宣布，他們通過(guò)十多年來(lái)的數據已經(jīng)收集到了一些微弱的統計信號，暗示了宇宙背景引力波(即宇宙大范圍內超大質(zhì)量黑洞合并的回響)的存在。研究小組正在繼續累積分析數據，再加入幾年的數據可能會(huì )鞏固上述結論。

現在費米伽馬射線(xiàn)空間望遠鏡也加入了引力波探測的行列中。

脈沖星除了發(fā)射大量無(wú)線(xiàn)電波外，還會(huì )發(fā)射伽馬射線(xiàn)。但許多天文學(xué)家懷疑他們的儀器是否能探測到引力波。

美國海軍研究實(shí)驗室伽馬射線(xiàn)天文學(xué)家、研究團隊負責人Matthew Kerr等人決定找出答案。他們分析了費米伽馬射線(xiàn)空間望遠鏡12.5年間從大約30個(gè)合適的脈沖星收集到的伽馬射線(xiàn)光子。

與僅在短時(shí)間內瞄準特定脈沖星的PTA不同，費米可以持續觀(guān)察大片空間，因此有幾個(gè)脈沖星總在它的視野內。但是伽馬范圍內的光子非常罕見(jiàn)，“費米經(jīng)常一周內觀(guān)測不到任何光子。”Kerr說(shuō)。

盡管如此，研究團隊仍然在費米的觀(guān)測檔案中的搜集到了足夠多的光子數據來(lái)制作伽馬射線(xiàn)PTA。和北美和歐洲的PTA團隊一樣，Kerr團隊也無(wú)法確定探測到的背景引力波。但他們能夠設定信號值上限。Kerr承認，基于伽馬射線(xiàn)的探測極限僅為射電PTA極限的1/3左右，但隨著(zhù)費米收集到越來(lái)越多的數據，其靈敏度將有所改善。

一旦無(wú)線(xiàn)電PTA和伽馬射線(xiàn)PTA確定了背景引力波，研究人員的下一個(gè)目標將是超大質(zhì)量黑洞雙星的探測，以了解這些旋轉的龐然大物如何影響它們周?chē)男窍怠?作者：徐銳)

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