首次發現「重力波海」訊號！成對黑洞悠閒互繞產生極低頻重力波

經過 15 年探索，科學家終於發現可能來自成對超大質量黑洞所發出的「極低頻」重力波背景證據。

LIGO 重力波天文台搜尋的高頻重力波來自較小黑洞對，它們在碰撞前最後幾秒快速相互圍繞，而與 LIGO 探測的短暫高頻重力波不同，北美納赫茲引力波天文台（NANOGrav）旨在搜尋另一種連續性、猶如海浪綿延起伏的低頻重力波背景（Gravitational wave background，GWB），被認為由成對超大質量黑洞緩慢互繞引起。

愛因斯坦廣義相對論預測了低頻重力波拉伸、擠壓宇宙結構會微弱影響脈衝星訊號時間，扭曲它們原本非常規律的脈衝，從幾 10 奈秒到 5 年甚至更長時間，使訊號比正常情況更早或更晚抵達地球，變化程度具體取決於距離多遠。

但要探測低頻重力波經過，需要一個比地球大許多的探測器，於是科學家利用脈衝星將銀河系變成一個巨大重力波天線，透過測量地球與銀河系脈衝星之間距離如何因穿過銀河系的重力波變化，15 年來努力收集 68 顆脈衝星數據，首次看見廣義相對論預測相關模式的清晰證據。

▲ 首度探測到可能由超大質量黑洞對引起的超低頻重力波。（Source：NANOGrav）

根據研究人員說法，NANOGrav 科學家因為無法獲得良好光譜，所以無法精確定位低頻重力波來源，但最可能的來源是成對超大質量黑洞（相比之下，LIGO 探測到的重力波都來自質量與太陽相似的較小黑洞）

理論表明，一對超大質量黑洞在合併前悠閒地相互環繞，會以低頻重力波形式釋放能量，觀測結果表明重力波背景週期為數年～數十年，NANOGrav 下一步將確定訊號源附近是否真的存在準備合併的超大質量黑洞系統，又或者有除了黑洞以外能產生低頻重力波的其他事件。

結合這些重力波結果與星系結構、演化等研究，將徹底改變我們對宇宙歷史的理解。數篇相關新論文發表在《天文物理期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）。

• NANOGrav hears “hum” of gravitational wave background, louder than expected
• Astrophysicists present first evidence of gravitational wave ‘background
• The gravitational wave background of the universe has been heard for the 1st time
• Scientists Find Evidence for Slow-Rolling Sea of Gravitational Waves
• Scientists use Exotic Stars to Tune into Hum from Cosmic Symphony

（首圖來源：NANOGrav）