西弗吉尼亚大学教职员工和学生为宇宙突破做出贡献发现低频引力波的证据

与西弗吉尼亚大学有联系的两打研究人员帮助发现了以前从未观察到的时空涟漪的证据。

引力波以光速从源向外传播，拉伸和挤压时空的结构——例如，使尺子的长度变长或变短，或者在波经过时使时间变得更快或更慢。来自和加拿大的近 200 名科学家确定了这些频率极低的涟漪的第一个证据。这些低频振荡的周期为数年至数十年，并通过称为脉冲星的宇宙射电时钟的高精度计时来识别。

这一结果来自北美纳赫兹引力波观测站(NANOGrav)15年来获取的数据，该观测站包括来自西弗吉尼亚大学物理和天文学系以及引力波和宇宙学中心的许多研究人员。

在新发表的论文中记录这一证据的 95 名作者中，有 30 名与西弗吉尼亚大学有关，包括 11 名目前在该大学工作的作者和 19 名过去几年的作者，通常是本科生、研究生或博士后研究人员。

Maura McLaughlin是物理和天文学系埃伯利杰出教授、引力波和宇宙学中心主任，是 NANOGrav 合作的创始成员，并担任 NANOGrav 物理前沿中心的联合主任。她也是国际脉冲星计时阵列项目全球合作的国际科学家团队的成员。

“NANOGrav 及其国际合作伙伴发现了引力波背景嗡嗡声的第一个证据，”麦克劳克林说。“宇宙不是静态的，也不会改变——我们淹没在一个不断拉伸和挤压的空间中。”

关于 NANOGrav 的发现和观察的一系列论文已发表在《天体物理学杂志快报》上。

“这些论文将证据描述为来自‘引力波背景’，这是指来自宇宙中许多引力波源的难以辨别的信号，”西弗吉尼亚大学助理教授萨拉·伯克-斯波拉尔(Sarah Burke-Spolaor)说，她创立了 NANOGrav 天体物理学工作中心。 2011年组团。

“这可以通过想象一个巨大的管弦乐队调整他们的乐器来理解：你知道这是一个管弦乐队，并且知道有很多乐器，但不一定能具体辨认出其中一种。我们还不知道是什么产生了这个信号，但我们的出版物讨论了几种可能性：星系合并中的超大质量黑洞、宇宙弦和大爆炸的遗迹回声。”

一种流行的理论是，一对彼此绕轨道运行的超大质量黑洞可能是这些低频引力波的主要来源。据估计，黑洞的质量是太阳质量的数十亿倍。

超大质量黑洞被认为位于宇宙中最大星系的中心，尽管它们从未被直接探测到。当两个星系合并时，每个星系的黑洞都会下沉到新合并星系的中心，作为双星系统相互绕转。最终，两个黑洞也合并了。与此同时，它们拉伸和挤压时空结构，产生引力波，像池塘中的涟漪一样从其起源星系传播出去。

这并不是西弗吉尼亚大学首次在引力波方面取得突破。物理学和天文学副教授肖恩·麦克威廉姆斯 (Sean McWilliams)是 2015 年首次探测到引力波的团队成员，证实了阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。激光干涉引力波天文台 (LIGO) 探测器使这一发现成为可能。

但与 LIGO 等地面仪器观测到的转瞬即逝的高频引力波不同，NANOGrav 观测到的低频信号只能用比地球大得多的探测器才能感知。为了满足这一需求，天文学家利用脉冲星(超新星爆炸后恒星核心的超致密残余物)将银河系的一部分变成了引力波天线。当从地球上观察时，脉冲星似乎在“脉冲”，这使得它们可以用作精确的宇宙计时器。NANOGrav 的努力从 68 颗脉冲星收集了数据，形成了一种称为脉冲星计时阵列的探测器。

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