来自全球多个国家和地区的数百名科学家在多年的努力下,利用北美、欧洲、中国、印度和澳大利亚的射电望远镜,首次发现了长期存在于宇宙中的一种理论引力波——低频引力波,也称“背景嗡鸣”,这一突破被誉为开启宇宙新窗口的重大里程碑。

引力波是阿尔伯特·爱因斯坦一百多年前预测的宇宙中的涟漪,几乎不受任何阻碍地以光速在所有物质中传播。直到2015年,美国和意大利天文台才首次探测到由两个黑洞碰撞产生的引力波,这些“高频”引力波是由单个暴力事件产生的,向地球发送强烈、短暂的波动。

但几十年来,科学家一直在寻找低频引力波,这些引力波被认为像背景噪声一样在空间中不断滚动。

国际脉冲星计时阵列联盟下的科学家们在多个洲际引力波探测器的合作下,于周四揭示了发现这些背景引力波的强有力证据。

“我们现在知道宇宙中充斥着引力波,”欧洲脉冲星计时阵列联盟的迈克尔·基思告诉法新社。

他指出,引力波在空间中传播时,会微小地挤压和拉伸它们经过的一切物体。为了在低频率下找到这种挤压和拉伸的证据,天文学家观察了脉冲星,这些星是爆炸的恒星死亡后留下的核心。有些脉冲星每秒旋转数百次,以极其规律的间隔闪烁射电波,像宇宙中的灯塔。

这意味着它们可以作为“非常非常精确的时钟”,基思说。

为了进行新的研究,世界各地的射电望远镜瞄准了银河系内共计115颗脉冲星。科学家然后测量了脉冲的极小时间差异,搜索引力波的特征迹象。

法国天体物理学家安托万·佩蒂奥说,他们能够“在20多年的时间里检测到不到一百万分之一秒的变化”。

美国脉冲星搜索协作计划的莫拉·麦克劳林说,他们在2020年首次看到引力波的证据时感到“惊叹”。她在一次新闻发布会上说,那是“一个真正神奇的时刻”。

科学家们表示,早期的证据与爱因斯坦的相对论理论和科学对宇宙的当前理解一致。

但他们强调,他们尚未确定地“探测”到这些引力波,因为它们尚未达到五西格玛的确定性标准。五西格玛表示某件事情是统计误差的一百万分之一,因此可以确定其不是偶然出现的。

基思表示,他们的证据指向引力波的概率达到了99%。联盟中的每个国家或组织都在各自的期刊上发布了他们的研究。

北美纳诺格拉夫引力波观测站主席史蒂夫·泰勒表示,一旦整合所有数据,五西格玛水平可能在一两年内达到。

目前,主要理论是这些引力波来自于位于星系中心的超大质量黑洞对,它们正在缓慢融合。与之前探测到的引力波不同,这些黑洞几乎是不可想象的巨大,有时比太阳大数十亿倍。

澳大利亚帕克斯脉冲星计时阵列的成员丹尼尔·里尔顿告诉法新社,如果证实,这些引力波将是“所有超大质量黑洞对在宇宙中呼吸的总和”。

基思说,所有这些黑洞的“背景嗡鸣”就像在嘈杂的餐厅里听到所有人在说话一样。

另一种理论是这些引力波可能来自于大爆炸后一秒内的快速膨胀,这一时期被称为宇宙膨胀,是科学家无法观测到的。基思表示,地球和宇宙大爆炸之间的星系可能会“淹没”这些引力波。

但未来,低频引力波可能会揭示更多关于早期宇宙膨胀的信息,可能阐明暗物质之谜,同时也有助于科学家了解黑洞和星系是如何形成和演化的。