簡介：當質量加速時，它會在時空的結構中產生漣漪。這些被稱為引力波。科學家已知的最強引力波來源於一對軌道黑洞合併時的情況。然而，當兩個黑洞在數百萬年甚至數十億年的時間裡相互接近時，它們發射的引力波功率和頻率要低得多。我們的探測器很難檢測到它們，但透過脈衝星我們便可以檢測到它。

回憶一下，你有沒有過這樣一種經歷：你正身處一個擁擠嘈雜的空間，似乎聽見了某種熟悉的聲音，又好像是有人在叫你的名字，這種聲音不大不小，足夠引起你的注意，卻又不讓你聽清到底在說什麼？

一支國際天文學家團隊正處於這種情況。只不過，這個擁擠的房間是宇宙，房間裡的人是巨大的、正相互吞噬的黑洞，不斷髮出的雜音是壓縮時空的“波”，與此同時，天文學家們將遍佈銀河系的幾十顆高速旋轉脈衝星作為“耳朵”來“探聽”這種“波”。

好的，讓我們把時間往回倒。

愛因斯坦廣義相對論的一個主要（甚至可以說是最大）成就、現已被證實的預言，即：當質量加速時，會在時空中產生“漣漪”，稱為“引力波”。

圖解：兩個超大質量黑洞相撞合併。圖源：ESA

對於加速度較大的超大質量物體來說，引力波的威力則更強大，因而已知的最強引力波源是黑洞雙星合併。黑洞雙星的質量非常大，在合併前，它們相互繞轉的速度幾近於光速。在合併時，引力波輻射出的能量也是大得驚人，哪怕是星系中所有恆星的總輻射能量，相比之下也是九牛一毛。不過，引力波到達地球時已是極其微弱，目前的手段鮮少能探測到它。

經過幾十年的漫長探索，終於在2015年9月，鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）宣佈探測到了首個引力波訊號。這是一項十分了不起的成就，並且後續又探測到了引力波訊號。

圖解：即將合併的黑洞雙星系統。圖源：MarkMyers/OzGrav

對於兩個黑洞合併前和合並瞬間發出的引力波，鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）的觀測裝置還是較靈敏的。引力波的頻率非常高，在幾十到幾百赫茲之間——1Hz表示每秒有一個引力波經過你的身邊，2Hz即每秒有兩個……依此類推。

然而，當黑洞在數百萬年甚至數十億年的時間裡彼此接近時，它們仍在發射引力波，只不過功率和頻率要低得多。每隔幾分鐘，星系中心的超大質量黑洞就會在宇宙中的某個地方合併一次，也就是說，有數十億個黑洞正在相互接近，它們發出極低頻率的引力波，低至幾納赫——這意味著每十年或二十年就會有一個引力波經過你身邊。

沒錯，就是低頻。有幾十億個黑洞從天空的四面八方飛來，從宇宙空間中的各個黑洞飛來，這些到達地球的引力波，合起來發出“嗡嗡”的背景聲，如同擁擠房間裡的聲音。因為頻率太低，鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）無法探測，倒是有另一種方法可以“聽到”它們。

中子星是爆炸的大質量恆星的超緻密坍縮核心。質量可與太陽相當，但只有十幾千米左右的寬度。換句話說，如果挖出一立方厘米的中子星物質，那麼其重量將達到美國所有汽車的總和。

圖解：中子星周圍的磁場。圖源：CaseyReed/Penn State University

有一類中子星，它們有著很強的磁場，強磁場把輻射封閉起來，只能從兩個磁極發出遠離它們的強輻射光束。由於這類中子星的高速自轉，磁極光束像燈塔“視窗”發出亮光射向海面一樣掃過宇宙空間。當這些光束掃過我們的上空時，地球上的我們會看到“眨眼”一樣的週期性閃光，這是因為它每自轉一週，我們就接收到一次它輻射的電磁波，於是就形成一斷一續的脈衝。我們稱這類中子星為脈衝星。

每秒旋轉上百次的脈衝星，稱為毫秒脈衝星。極大的密度保證了極其穩定的自轉。透過在離散的時間間隔內觀測的這些“閃光”可以發現：高速且穩定的自轉成就了脈衝星作為宇宙中最精確的時鐘。

圖解：受黑洞引力波影響的地球相對於脈衝星的位置圖。圖源：NANOGrav/T。Klein

特別有意思的一點是：當一個引力波透過地球時，它實際上會交替壓縮和拉伸空間及地球本身。但這種扭曲小到你永遠感覺不到它，甚至連鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）都幾乎檢測不到它。從我們整個星球的尺度上來看，地球的大小也只改變了一個原子的直徑。可以說，這種影響是微乎其微的。

毫秒脈衝星是非常精確的時鐘。如果你用射電望遠鏡觀察，引力波穿過它時，會改變射電望遠鏡和脈衝星之間的距離，進而改變它們的相對距離。同樣，這種影響非常小，要想在單單一顆脈衝星上觀察到它是幾乎不可能的。

除非持續觀測多顆脈衝星幾十年，才可能在宇宙中超大質量黑洞相互旋轉時，探測到它們發出的以納赫為單位的“嗡嗡”背景聲。

這絕對是件值得記錄的大事。

圖解：兩個相互環繞但轉軸不同的黑洞。圖源：LIGO/Caltech/MIT/SonomaState （Aurore Simonnet）

這是北美納赫茲引力波觀測站（NANOGrav）的專案之一。在十二年多的時間裡，他們已經觀測了47顆毫秒脈衝星，以求捕捉到這個訊號。該專案對資料有著嚴格的要求——比如說，脈衝星需要非常穩定，每個脈衝星要有至少三年的資料，47顆脈衝星中有45顆符合這一要求。

其中還發現了一個無法解釋的訊號源，哪怕科學家們設想了各種可能，包括觀測誤差、地球公轉的複雜過程（以及其他繞太陽執行的行星的影響）等等。

這種訊號仍在持續發出。

事實是，還沒有足夠的證據表明它來自宇宙中那些相互吞噬的“怪獸”黑洞，只有一些吻合的特徵，而沒有強有力的證據支撐。按照目前的觀測頻率，要想進一步確認，還需要一定的時間以觀測更多的脈衝星。

找對方向確實能振奮人心。雖不能完全確定是什麼，但也是發現了一些東西。

圖解：“這不是外星人。”圖源：PhilPlait

之前，科學家們利用西弗吉尼亞的綠灣射電天文望遠鏡（GBT）和波多黎各的阿雷西博（Arecibo）射電望遠鏡進行觀測，不幸的是，近期的阿雷西博天文臺坍塌事件導致專案不得不暫緩進行，雖然有人建議重建天文臺，但這需要一段時間，因而他們正在多方面尋找合作者和望遠鏡。

希望最近發出的求助能夠得到應允的迴應。當這些不可思議的物體彼此靠近時，探測到這種時空振動的嗡嗡聲是令人震撼的。它們正在走向一次史詩級的大合併，將釋放出與宇宙中所有恆星總和一樣多的能量，但也只能透過觀測宇宙中超緻密星體的變化來見識其中的威力，而無法直接觀測。

這本是星際迷航級別的事兒，但現在我們卻在做。真是奇妙至極！

作者：Phil Plait

FY：夢裡花

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