透過快速旋轉的中子星組成的「星系級重力波探測器」，天文學家發現宇宙結構正在不斷振動。這種背景「隆隆聲」可能源自於星系中心超大質量黑洞的合併，此次研究還發現這些訊號比預期更強的有趣現象。
重力波是時空結構中的漣漪，可分為高頻與低頻兩種。一般的黑洞合併會發出高頻重力波，可用地面探測器探測；而超大質量黑洞在星系合併後發出的低頻重力波，只有星系級的探測器才能檢測到。
▲ 重力波頻譜。地面探測器可探測恆星級黑洞合併的重力波，若要觀測更低頻率的重力波則需要更長基線的探測器。下代雷射干涉太空天線可望探測到更大質量的合併事件，而超大質量黑洞合併的重力波波長可達數光年，需利用脈衝星計時陣列才能探測。（Source：ESA）
團隊用MeerKAT脈衝星計時陣列（MPTA），是南非MeerKAT無線電波望遠鏡陣列為基礎的探測計畫。MPTA觀測83顆脈衝星，記錄脈衝到達地球的時間，並分析奈秒級微小偏差。脈衝星因穩定性稱為「宇宙時鐘」，這些緻密天體每秒旋轉數百次並發出規律的輻射脈衝。如果重力波經過地球與脈衝星間的時空，會改變脈衝到達時間，為檢測重力波提供線索。
MPTA的觀測結果顯示，重力波背景的訊號比預期的更強，可能意味著宇宙中存在更多超大質量黑洞雙星系統，或我們的理論模型需要修正。此外，團隊還首次在南半球天空的7nHz頻段發現一個「熱點」，可能是超大質量黑洞合併的集中活動區域。這支持了重力波背景主要來自於這些雙黑洞系統的理論，而非來自於均勻分布的早期宇宙事件（如宇宙弦或量子漲落）。然該「熱點」是否確實為物理現象還是統計異常仍需觀測確認。
▲ 全天域重力波背景訊噪比繪製圖（7nHz）。白色星點為MPTA使用的脈衝星位置，越大星點代表提供更多背景重力波資訊。南半球位置（RA=1h, DEC= −70°）有顯著的訊號。（Source：Matthew T. Miles et al,(2024)）
團隊將繼續結合其他國際脈衝星計時陣列（NANOGrav / PPTA）數據，檢測重力波背景來源與特徵。這些研究將使我們更深入了解宇宙的時空結構與起源，並為探索早期宇宙的未知領域提供新方向。
研究成果有三篇論文發表於《皇家天文學會月刊》。
- To map the vibration of the universe, astronomers built a detector the size of the galaxy
- Matthew T. Miles et al, The MeerKAT Pulsar Timing Array: The first search for gravitational waves with the MeerKAT radio telescope, MNRAS(2024),
- Matthew T. Miles et al, The MeerKAT Pulsar Timing Array: The 4.5-year data release and the noise and stochastic signals of the millisecond pulsar population, MNRAS(2024),
- Matthew T. Miles et al, The MeerKAT pulsar timing array: Maps of the gravitational-wave sky with the 4.5 year data release, MNRAS(2024),
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