今天，一个庞大的天文学家团队，被称为 NANOGrav 合作组织，宣布了一项非凡的成就：他们发现了弥漫在我们宇宙中的引力波背景“嗡嗡声”的第一个证据。这个总部设在美国和加拿大的研究团队，利用遍布银河系的死亡恒星作为银河系尺度的测量设备，找到了这些扭曲的时空涟漪。
NANOGrav 主席、范德堡大学天文学家 Stephen Taylor 在新闻发布会上说：“在过去的 15 年里，我们一直致力于寻找这种背景。”“我们很高兴地宣布，我们的辛勤工作已经得到了回报。”这些引力波可以揭示宇宙中分布的黑洞类型，这将帮助天文学家弄清楚星系是如何生长和变化的。
引力波是时空本身的涟漪。就像望远镜可以专门用于观察电磁波谱的不同部分一样，引力波实验也对不同波长敏感。在 2016 年首次发现引力波的 LIGO 实验可以探测到较短的引力波，就像两个恒星大小的黑洞碰撞时产生的引力波。但它无法探测到更长、更低频率的引力波，一些天文学家认为这些引力波是解开宇宙历史的关键。
范德堡大学天文学家、NANOGrav 团队成员 William Lamb 表示：“如果我们想观察最大的黑洞以进一步了解星系演化，并测试现代物理学前沿的理论，我们就需要能够观测低频引力波。”
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这种引力波来自质量最大的黑洞，这些黑洞应该在宇宙各地合并，产生背景噪声，就像宇宙电视静电一样。一度，天文学家们担心这些巨大的黑洞永远无法足够接近地合并成一个星系中心，这将是我们理解星系演化的一个大问题——并且会导致更安静的引力波背景。既然 NANOGrav 已经听到了这个信号，天文学家们现在知道这些黑洞确实会发生碰撞，并且他们可以弄清楚星系合并的细节。大爆炸后不久产生的引力波也可能为这个背景做出贡献，从而提供一种探测宇宙最初几秒钟的方法。
为了探测如此低频的信号，天文学家们需要一个比整个地球还大的实验——甚至可能需要整个银河系那么大的尺度。幸运的是，大自然提供了完美的工具：脉冲星。脉冲星是大质量恒星的死亡核心，它们喷射出光束并以令人难以置信的速度旋转。就像观察灯塔的光束一样，当它们的喷流朝向我们旋转时，我们会看到它们发出更强的脉冲——而大自然以某种方式成为了最好的灯塔看守者，因为脉冲星的时间规律性堪比原子钟。
然而，当这些脉冲星在引力波的浪潮中穿行时，时空的涟漪会扭曲这种精确性。脉冲星计时阵列（PTA）是收集射电望远镜的数据，这些望远镜记录着整个银河系的脉冲星，并能测量这些微小的偏差——在脉冲星本应极其精确的时钟中。总而言之，脉冲星周期中无数微小的变化描绘了长而低频的引力波如何在整个银河系中传播的景象。为了进行这些测量，NANOGrav 使用了北美各地的望远镜：波多黎各著名的阿雷西博望远镜（该望远镜已于后来倒塌）、西弗吉尼亚州的格林班克望远镜、新墨西哥州的大型射电望远镜阵列，以及加拿大的 CHIME 实验。
密西西比大学天文学家、未参与此项新研究的 Sumeet Kulkarni 表示：“脉冲星计时与 LIGO 探测引力波的方式有着根本的不同。”他补充道：“这项发现中最让我惊叹的是它所涉及的协调工作”，这些工作涉及众多望远镜和贡献者。
这项新结果使用了 NANOGrav PTA 历时 15 年的数据，但其可靠性尚未达到让团队称之为官方探测的程度。相反，研究人员使用了“强有力证据”一词。但由于信号随着时间的推移而增强，他们有信心在几年内实现明确的探测。“我们将能够绘制出越来越好的引力波天空图谱，”加州大学伯克利分校天文学家、NANOGrav 团队成员 Luke Kelley 在新闻发布会上说。
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这项探测的全部意义还有待理解，但对这些低频引力波的研究才刚刚开始。来自世界各地的国际脉冲星计时阵列（IPTA）成员拥有类似的数据，包括澳大利亚、中国和印度。当天文学家们将这些数据汇集起来时，这些测量结果将变得更加强大，可能在未来一年内实现。
