一项新研究提出，脉冲星计时阵列或许能帮助揭示宇宙第一批超大质量黑洞是如何形成的。监测脉冲星网络所捕捉到的极低频引力波微弱背景，可能保存着130多亿年前开始发生的事件留下的线索。这些线索中，可能就包括产生宇宙最早一批超大质量黑洞的过程。

科尔盖特大学的索汉·戈德拉和科斯明·伊利在《物理评论D》以快报形式发表的研究中探讨了这种可能性。他们想确定的是，起源于早期宇宙的超大质量黑洞，最终能否解释脉冲星计时阵列如今探测到的引力波背景中相当大的一部分。

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跨越数十亿年的两次观测被连接起来

这项分析把相隔数十亿年的两类观测联系在了一起：一类是宇宙年轻时看到的异常巨大的黑洞，另一类是超大质量黑洞成对系统后来产生的引力波。其中一种可能的起源尤为突出。

研究人员发现，假想的超大质量暗星遗留下来的早期黑洞种子，有可能为今天观测到的脉冲星计时阵列信号提供主导性贡献。伊利说：“脉冲星计时阵列通常被认为是探测相对近期宇宙中超大质量黑洞双星系统的工具。我们的工作表明，这个信号也可能包含这些黑洞的祖先在宇宙黎明时期如何形成的信息。从这个意义上说，今天观测到的引力波可以为第一批超大质量黑洞的诞生打开一扇新窗口。”

脉冲星如何探测古老黑洞起源

脉冲星计时阵列依赖脉冲星——那些高速旋转的中子星，其射电信号以极其规律的节奏到达地球，就像散布在天空中的精确时钟。引力波从它们与地球之间穿过时，会让脉冲到达时间产生微小变化。全球多个合作团队通过多年观测大量脉冲星，已经找到了纳赫兹频率上随机引力波背景的证据。

目前主要的天体物理解释是，大量超大质量黑洞双星系统正在逐渐走向并合。质量超过太阳约10亿倍的系统在脉冲星计时阵列频率上尤其重要。但它们的巨大规模引出了一个更深层的问题：最初的黑洞种子是怎么产生的？詹姆斯·韦布空间望远镜和钱德拉等设施的观测显示，宇宙历史极早期就存在大得惊人的黑洞，这让人们对能够快速产生大质量种子的机制越来越感兴趣。

因此，戈德拉和伊利研究了这些古老种子能否存活下来、随着所在星系一起增长、最终与其他黑洞配对，并在数十亿年后产生被探测到的引力波背景。他们考察了早期黑洞的两条可能形成路径。