新的研究进一步缩小了寻找难以捉摸的巨型黑洞对的范围 | {$randkws}热点解读 超大品质黑洞双星插图

超大品质黑洞双星插图。鸣谢:美国宇航局戈达德太空飞行中心/斯科特·诺布尔
（神秘的地球uux.cn）据西北大学（阿曼达·莫里斯）：尽管天体物理学家从未感应到超大品质黑洞双星操控系统，但一个由死亡恒星组成的星系大小的探测器正追踪它们。
在一项由西北大学领导的新探究中，天体物理学家处理了45颗死亡恒星(称为脉冲星)12.5年的资料，为成对巨型黑洞发出的清晨官方明星同款，太真实了引力波通讯设定了最佳限制。知晓这些极限将有助于天体物理学家限制附近宇宙中存在的双星数量，证实或反驳现有的双星候选，并在某一天从这些繁琐的双星对中测试引力波。
在另一项革新中，该探究还察觉，在检索超大品质黑洞对时，探究人员需要考虑宇宙中所有超大品质黑洞双星的引力波交响乐所形成的稳定的背景噪音。
这项名为“NANOGrav 12.5年资料集:单个超大品质黑洞双星引力波的贝叶斯极限”的探究被《天体物理学杂志快报》接纳，并将于本年夏天发表。对比精选它当下发表在arXiv预印本办事器上。
“我们真诚地觉得，经由引力波探测超大品质黑洞双星指日可待，”西北大学的凯特琳·威特说，他领导了这项探究。
“针对许多科学领域来说，这将是一个重大的察觉。这将使我们能够开展进一步的评测，如评测引力，以探索超大品质黑洞双星是否按照我们觉得的方式进化，并且它将教会我们如何在前方的调研中寻找它们。我们还将能够回顾宇宙时间，追溯我们日常的宇宙的历史。”
威特是预测内存涨价对比西北大学天体物理学跨学科探索和探究中心(CIERA)和阿德勒天文馆的CIERA-Adler博士后探究员。
大到无法探测
超大品质黑洞位于大多数星系的中心，品质或许是我们太阳的几十亿倍。典型的恒星品质黑洞比我们的太阳大10到100倍，相比之下，超大品质黑洞大得不可思议。
当两个星系——每个都有一个中心超大品质黑洞——合并在一起，它可以兴办一个由这些可怕的黑洞组成的双星操控系统。
“有一天，我们的星系将与仙女座星系相撞，”威特说。“数百万年后，黑洞最后会找到彼此，形成一个小伙伴操控系统。从这样的秋季网友悬疑片，引发网友热议操控系统中探测引力波将有助于我们理解星系如何相互作用以及宇宙如何演化。”
2016年，由西北大学教授Vicky Kalogera共同领导的海外团队使用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)首次探测到两个恒星品质黑洞合并形成的引力波，这导致了时空中显著的短暂波动。但是超大品质黑洞双星针对像LIGO这样的地面设备来说太大太远了。
这些怪物对形成的波如此之长，以至于它们的引力波或许需要几年乃至几十年才能完全冲刷地球。即使美国宇航局和欧洲航天局在21世纪30年代初发射LISA(一种基于空间的引力波探测器，西北大学教授Shane Larson是该探测器的联合首席探究员)，它依然无法探测到如此巨大的波。
“LIGO只能探测适合它手臂的波长，”威特说。“我们必须寻找低得多的波动频率。我们对超大品质黑洞对很敏感，它们或许需要一个月乃至15年的时间才能环绕彼此管理。所以，我们正寻找一个可以融入背景的稳定通讯。”
脉冲星像时钟一样滴答作响
以便克服这一障碍，探究人员的海外兴办兴办了北美纳赫兹引力波天文台(NANOGrav)，该天文台运用脉冲星搜寻引力波，脉冲星是一种高效旋转的中子星，形成于大品质恒星在其生命末期的超新星爆炸中。就像灯塔一样，脉冲星在旋转时会发出一束闪光。
“由于脉冲星自转如此稳定，我们目睹像时钟一样滴答作响的小闪光，”威特说。“我们用地面射电望远镜观察那道光。假如时钟的滴答声来得稍微早了一点或晚了一点，这就是一个迹象，表明它或许受到了引力波的作用。”
NANOGrav追踪了遍布夜空的75颗脉冲星，其中45颗用于这项探究。它们的光束只需几毫秒就能闪过地球。所以，在这种状况下，“稍微早一点或稍微晚一点”或许意味着几分之一纳秒。所以，NANOGrav的技术必须相当敏感，才能捕捉到这些差不多察觉不到的转变。
经由观察全部天空，Witt和NANOGrav团队一起寻找所有脉冲星的特定模式。依据理论，超大品质黑洞双星应该发射引力波，这些引力波在到达地球的途中会拉伸和挤压(或扭曲)时空。扭曲的时空会作用脉冲星的光束，从而显示出一对难以捉摸的巨型黑洞。
红色噪音可以欺骗我们
但是，自然，脉冲星也会形成自己的噪声，这会使通讯变得含混不清。
“脉冲星的确有一些被称为‘红色噪声’的固有噪声，”威特说。“它们的内部或许会慢慢有点摇晃，除非你像我们一样近距离观察，否则你是看不到的。那个红色噪音看起来相似于我们正寻找的广义引力波噪音。我们必须把这两者分开。”
上一年，NANOGrav团队发表了一项探究，察觉所有脉冲星都有一个红色噪声过程，具有一样的共同特征。但是，在没有更多证据的状况下，NANOGrav无法将此归因于引力波。在新的探究中，Witt和她的团队察觉，以便明确地探测到来自单个超大品质黑洞双星的引力波，依然必须认真考虑这种红色噪声。
“当引力波变得可探测时，乍一看它相当相似于红色噪音，”威特说。“红色噪音可以欺骗我们。我们的新探究告诉我们，我们必须认真观察，以避免混淆。当我们最后探测到引力波时，这将是相当重大的。”
尽管NANOGrav还没有探测到带有引力波的超大品质黑洞双星，但Witt的新论文使该领域比以往任何时候都更近。经由运用12.5年的资料集，探究人员兴办了新的模型来精确地阐释脉冲星资料中的不确定性，并实施新的技术来阐释红色噪声。
证实候选人
这些新模型为超大品质黑洞对发出的引力波的强度提供了迄今为止最严格的限制。此前，其他探究人员用基于光的望远镜察觉了潜在的超大品质黑洞双星。NANOGrav最后可以证实这些潜在的候选者的确是超大品质黑洞双星。
“用我们的新方法，我们或许能够更快地证实这一点，”威特说。“或者，假如我们持续收集和确认资料，那么我们也许能够排除它身为候选人。这或许只是银河系中发生的一些奇怪的事情。”