死去的恒星正在帮助科学家绘制第一张隐形宇宙地图
死去的恒星正在帮助科学家绘制第一张隐形宇宙地图。图片来源：uux.cn耶鲁大学
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：几十年来，天文学家学会了通过光来解读宇宙。无线电波揭示了隐藏的星系。X射线揭示了剧烈的宇宙事件。现在，一个更为安静的信使开始带着明确的方向和意图发声。一支由耶鲁大学研究人员组成的国际天体物理学团队，开发并测试了一种利用引力波不仅用于聆听宇宙，还能绘制宇宙地图的方法。
这些波不是闪光或耀斑。它们是空间中微妙的涟漪，由已知最极端的天体产生：一对超大质量黑洞缓慢螺旋向彼此靠近。直到最近，这些涟漪还融合成微弱的宇宙嗡鸣。现在，研究人员表示，他们正在学习如何从合唱中辨别出单个声音，并精确定位它们的来源。
如果成功，这项努力有望重塑天文学的开展方式。正如早期几代人学会通过新的光形态导航宇宙一样，这项工作也暗示了一个引力波成为引导信号的未来，揭示宇宙中原本看不见的结构。
一张由涟漪而非光线构成的地图
这项工作的合作单位是北美纳赫兹引力波天文台，简称NANOGrav。他们的目标雄心勃勃：仅利用引力波绘制一张显示合并超大质量黑洞对在宇宙中的位置地图。
这张地图尚未存在，但研究人员已经迈出了关键一步。在发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究中，他们展示了一种探测方案，为识别单个连续引力波源提供了具体基准。
耶鲁大学物理学助理教授、NANOGrav成员基亚拉·明加雷利将这一时刻描述为奠基性时刻。科学界首次拥有经过验证的框架，用于开发和评估针对特定引力波源的探测方法，而非仅限于一般背景。
团队解释说，即使是少量确认的探测，也足以为这种新型地图提供锚点。有了这些锚点，未来的观测可以逐步填补画面，将曾经均匀的嗡鸣声转变为结构化的景观。
万物之下的嗡鸣
这项工作直接建立在NANOGrav于2023年取得的重要里程碑之上。同年，合作报告了引力波背景的首次直接证据。这种背景是由无数对超大质量黑洞在宇宙中缓慢合并形成的，每个黑洞发射的低频引力波在到达地球时相互重叠并融合。
感知到这种背景就像意识到自己站在一个充满低声交谈的拥挤房间里。你还分不清是谁在说话，但你知道声音就在那儿。
新的挑战是隔离个别发言者。这需要精准和创造力，因为这些波浪极其微妙。团队需要一种方法，在不失去科学严谨性的情况下，将单个信号与背景信号分离出来。
聆听死星的帮助
为此，NANOGrav依赖于宇宙中最可靠的时钟之一：脉冲星。脉冲星是大质量恒星爆炸后坍缩的核心。它们旋转时，会以惊人的规律性发射无线电信号。
当引力波在地球和脉冲星之间经过时，会稍微改变这些信号的时间。通过长时间仔细监测多颗脉冲星，研究人员可以检测出揭示引力波存在的模式。
这种基于脉冲星的方法对于发现引力波背景至关重要。但这次新作的合作转向了更有针对性的方向。他们没有广泛倾听，而是开始具体询问单个浪可能来自哪里。
追随宇宙灯塔之光
指导来自明加雷利及其合作者领导的早期理论工作。该研究表明，黑洞合并发生在含有类星体的星系中的可能性是它的五倍。类星体是由气体流入黑洞的极其明亮区域，像宇宙灯塔一样标记活跃的银河中心。
基于这一洞察，团队设计了一个端到端的定向搜索框架。他们没有盲目扫描，而是将注意力集中在已知存在活跃黑洞的星系上。
在这项新研究中，明加雷利和她的同事将引力波背景的测量与类星体的可变观测结合起来。他们在114个活跃的星系核内进行了有针对性的搜索，这些区域位于星系中心，黑洞正在积极吸取物质。
这种方法将引力波和电磁观测结合在一起，形成一个精心设计的搜索。
两个信号会在噪声之上升起
在这一系统化的努力中，有两个候选人脱颖而出，尤为引人注目：SDSS J1536+0411 和 SDSS J0729+4008。在团队中，他们亲切地被称为洛汗和刚铎。
这些名字不仅仅是玩笑式的昵称。罗汉向耶鲁大学学生罗汉·希瓦库马尔致敬，他是最早分析了该信号的人。刚铎自然而然地跟随而来，既受到发现的过程，也受到了共享文化喜悦的启发。
在J.R.R.托尔金的《指环王》中，刚铎和洛汗点燃烽火象征着团结与行动的号召。对研究人员来说，这两位候选人感觉相似。它们如同灯塔般突出，暗示着各个引力波源可能呼唤的地方被理解。
明加雷利将命名描述为人与流行文化的融合，提醒人们科学是人类的努力，由好奇的头脑共同完成。
路线图逐渐成形
这项研究特别重要，不仅在于识别了有前景的靶点，更在于其背后的框架清晰。团队并非偶然遇见洛汗和刚铎。它们遵循严格且系统的方案，旨在进行测试、完善和扩展。
该路线图阐述了未来如何以一致且自信的方式进行超大质量黑洞双星的搜索。它将理论、观测和数据分析整合为一条流程，展示了引力波天文学如何从探测到深入探索。
明加雷利强调，这项工作为天体物理学的多个领域打开了大门。它涉及引力波理论，推动数据分析技术，揭示星系合并现象，并加深我们对黑洞行为的理解。
也许最重要的是，它表明单个连续引力波源已不再是纯理论。它们正成为可观察的目标。
为什么这个安静的突破很重要
这项研究之所以重要，是因为它改变了可能性。直到现在，超大质量黑洞产生的引力波，天文学家只能作为背景存在的整体感知。这项工作展示了识别单个资料来源并将其置于地图上的路径。
这样的地图将为探索宇宙提供了全新的方式。这将使科学家们不仅能将黑洞对作为抽象概念研究，更能作为具有历史和未来的定位系统来研究。这将为理解星系如何合并、黑洞如何生长以及重力在最大尺度上的行为提供一种新工具。
同样重要的是，这一成就展示了细致的理论、耐心观察和创造性方法论如何将微弱的宇宙嗡鸣转化为有意义的信息。宇宙已经传递这些涟漪已持续了数千年。如今，人类不仅学会倾听它们，还要理解它们的来源和它们为何重要。
随着NANOGrav在未来几个月继续识别和定位黑洞双星，引力波图的初步轮廓开始浮现。灯塔点亮，一个新的探索时代悄然展开。
研究详情
Nikita Agarwal 等，《NANOGrav 15年数据集：超大质量黑洞双星的靶向搜索》，《天体物理学杂志快报》（2026年）。DOI：10.3847/2041-8213/ae3719 iopscience.iop.org/article/10......847/2041-8213/ae3719
