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兩個(gè)“共舞”黑洞產(chǎn)生的引力波的頻率越來(lái)越高。圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家航空航天局
科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
引力波也被稱(chēng)為“時(shí)空的漣漪”。1916年，愛(ài)因斯坦基于廣義相對(duì)論做出預(yù)言，劇烈的天體活動(dòng)會(huì)帶動(dòng)周?chē)臅r(shí)空一起波動(dòng)，這就是引力波。約100年后，2015年9月，宇宙中一次僅持續(xù)五分之一秒的“漣漪”改寫(xiě)了物理學(xué)的篇章，科學(xué)家首次直接探測(cè)到引力波。此后，包括美國(guó)激光干涉儀引力波天文臺(tái)和歐洲“處女座”引力波探測(cè)器等在內(nèi)的設(shè)施，相繼探測(cè)到100多起引力波事件。但物理學(xué)家認(rèn)為，這只是“冰山一角”。
英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)站在6月27日的報(bào)道中指出，物理學(xué)家正在籌建新天文臺(tái)，開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)和技術(shù)，以發(fā)現(xiàn)目前方法無(wú)法檢測(cè)到的引力波。他們期待能夠發(fā)現(xiàn)由完全不同的宇宙現(xiàn)象，包括超大質(zhì)量黑洞甚至宇宙大爆炸本身產(chǎn)生的引力波，從而進(jìn)一步揭示宇宙的奧秘。
脈沖星計(jì)時(shí)陣列：捕捉持續(xù)十年的引力波
脈沖星是高度磁化且快速旋轉(zhuǎn)的中子星，每秒可以旋轉(zhuǎn)數(shù)千次。理想情況下，脈沖信號(hào)應(yīng)該間隔相等，但如果引力波對(duì)時(shí)空造成了微小擾動(dòng)，脈沖星和地球的距離會(huì)發(fā)生微小變化，探測(cè)這些微小變化有助發(fā)現(xiàn)引力波。
對(duì)脈沖星集合或陣列進(jìn)行觀測(cè)的脈沖星計(jì)時(shí)陣列（PTA）應(yīng)該能夠檢測(cè)到頻率僅為納赫茲的引力波引起的變化，此類(lèi)引力波可能由超大質(zhì)量黑洞對(duì)產(chǎn)生。這種引力波的連續(xù)波峰需要數(shù)十年才能通過(guò)地球上的特定位置，這意味著需要數(shù)十年觀測(cè)才能發(fā)現(xiàn)它們。
2023年，PTA技術(shù)結(jié)出碩果。北美納赫茲引力波天文臺(tái)、歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣列、中國(guó)脈沖星計(jì)時(shí)陣列、澳大利亞帕克斯脈沖星計(jì)時(shí)陣列等合作團(tuán)隊(duì)分別發(fā)表了4篇論文，報(bào)道了背景引力波的存在證據(jù)。在宇宙尺度上均勻分布的、大量獨(dú)立且不可分辨的波源輻射的引力波疊加起來(lái)，就會(huì)形成隨機(jī)背景引力波。
美國(guó)耶魯大學(xué)天體物理學(xué)家基婭拉·明加雷利表示，納赫茲背景引力波可以讓人們窺視更早期的宇宙。
微波望遠(yuǎn)鏡：發(fā)現(xiàn)源于宇宙大爆炸的引力波
宇宙微波背景輻射（CMB）被稱(chēng)為宇宙大爆炸的“余暉”。位于智利北部阿塔卡馬沙漠海拔5300米處的西蒙斯天文臺(tái)即將竣工，其能以更精致的細(xì)節(jié)，為CMB繪制“肖像畫(huà)”。美國(guó)普林斯頓大學(xué)宇宙學(xué)家喬·鄧克利稱(chēng)，該天文臺(tái)將提供迄今對(duì)CMB最好的觀測(cè)，并尋找源于宇宙大爆炸的引力波痕跡，從而揭示宇宙暴脹的秘密。
暴脹指宇宙指數(shù)級(jí)的快速膨脹。盡管暴脹是目前廣泛接受的宇宙學(xué)理論基石，但目前還沒(méi)有證據(jù)證明這一點(diǎn)，CMB極化漩渦中的特定“B模式”將是確鑿證據(jù)，這一模式可能是引力波通過(guò)時(shí)留下的印記。理論上，這種引力波應(yīng)該由宇宙暴脹產(chǎn)生。
美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)理論天體物理學(xué)家馬克·卡米諾維斯基表示，暴脹理論預(yù)測(cè)了B模式的存在，如果該模型成立，西蒙斯天文臺(tái)應(yīng)能找到它。
原子干涉儀：專(zhuān)捉特定頻率引力波
許多項(xiàng)目致力于探測(cè)較低頻的引力波，但很少有設(shè)施探測(cè)略低于1赫茲的引力波。
但新興的原子干涉儀技術(shù)或有希望完成這一任務(wù)。原子干涉儀是一種垂直的高真空管，原子可以在其中釋放并在重力作用下下落，在此期間，物理學(xué)家用激光“挑動(dòng)”原子，使其在激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間切換。
美國(guó)斯坦福大學(xué)物理學(xué)家賈森·霍根表示，將兩組或多組原子置于同一垂直管道內(nèi)不同高度，并測(cè)量激光脈沖從一組原子傳播到下一組原子所需的時(shí)間，引力波的通過(guò)將導(dǎo)致光在它們之間傳播的時(shí)間稍微減少或稍微增加。
斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)了落差為10米的原子干涉儀，也有其他小組計(jì)劃建造100米高度的原子干涉儀，其中MAGIS-100已經(jīng)在費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的豎井中建設(shè)，計(jì)劃于2027年完工。
臺(tái)式探測(cè)器：小塊頭有大智慧
也有科學(xué)家正在探索用更小更便宜的探測(cè)器探測(cè)引力波，包括桌面探測(cè)器。
美國(guó)西北大學(xué)研制的懸浮傳感探測(cè)器（LSD）讓激光在相距僅1米的成對(duì)鏡子之間反射，旨在通過(guò)共振來(lái)探測(cè)頻率約100千赫茲的引力波。
英國(guó)南安普頓大學(xué)物理學(xué)家伊維特·富恩特斯提出了一種制造更小的共振探測(cè)器的想法。她計(jì)劃利用玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)（BEC）的奇異物質(zhì)狀態(tài)中的聲波，如果引力波以與聲波共振的頻率通過(guò)，其就可以被探測(cè)到。不過(guò)，這個(gè)過(guò)程可能需要重復(fù)數(shù)月才能成功。
理論上來(lái)說(shuō)，基于BEC的探測(cè)器可以探測(cè)到1兆赫茲或更高頻率的引力波。這些高頻引力波可以揭示宇宙大爆炸后第一秒左右發(fā)生的奇異物理現(xiàn)象。
責(zé)任編輯： 左常睿本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-2-7959-0.html從脈沖星計(jì)時(shí)陣列到桌面探測(cè)器，四種新工具全力“捕捉”引力波|科技創(chuàng)新世界潮
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