物理学家借助极为低沉的引力波聆听宇宙最深层的节奏

物理学家借助极为低沉的引力波聆听宇宙最深层的节奏 佛罗里达大学物理学助理教授、这项新研究的共同作者杰夫-德洛尔博士说："这些波从宇宙最遥远的角落到达我们身边，能够影响光的传播方式。研究这些来自早期宇宙的波将帮助我们建立宇宙历史的完整图景，这与之前发现的宇宙微波背景类似。"德洛尔和他的合著者、加州大学圣克鲁兹分校博士后研究员威廉-德洛克（William DeRocco）于2月26日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上发表了他们的研究成果。引力波类似于太空中的涟漪。与声波或海浪一样，引力波的频率和振幅也各不相同，这些信息有助于我们了解引力波的起源和年龄。到达我们身边的引力波振荡频率极低，远低于人耳能探测到的声波。过去探测到的一些最低频率低至 1 纳赫兹。"作为参考，"德洛尔解释说，"鳄鱼咆哮产生的声波频率都比这个频率高出约1000亿倍这些都是非常低频的声波。"他们的新探测方法基于对脉冲星的分析，脉冲星是一种中子星，会以极有规律的间隔发射无线电波。德洛尔假设，搜索这些脉冲到达时逐渐减慢的速度，可能会发现新的引力波。通过研究现有的脉冲星数据，德洛尔能够以比以往更低的频率搜索引力波，将我们的"听力范围"扩大到低至 10 皮赫兹的频率，比之前探测到的纳赫兹级引力波低 100 倍。虽然以前已经探测到频率在纳赫兹左右的引力波，但科学界对其起源却知之甚少。目前有两种理论。第一种观点认为，这些波是两个超大质量黑洞合并的结果，如果属实，研究人员将有一种新的方法来研究这些位于每个星系中心的巨大天体的行为。另一种主要理论认为，这些波是由宇宙历史早期的某种大灾难事件产生的。通过研究频率更低的引力波，他们或许能够区分这些可能性。德洛尔说："展望未来，下一步是分析更新的数据集。我们使用的数据集主要来自2014年和2015年，从那时起，大量的脉冲星观测已经展开。"德洛尔还计划利用 UF 的 HiPerGator 超级计算机对模拟数据进行模拟，以进一步揭开宇宙历史的面纱。该超级计算机可以高效运行大型复杂模拟，大大缩短分析数据所需的时间。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

研究人员用更快的引力波探测技术揭示宇宙奥秘 反应时间仅需30秒

研究人员用更快的引力波探测技术揭示宇宙奥秘 反应时间仅需30秒 这项研究的目标是在探测到中子星和黑洞后 30 秒内向天文学家和天体物理学家发出警报，帮助人们更好地了解中子星和黑洞，以及包括金和铀在内的重元素是如何产生的。这些研究成果最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，这是一份经同行评审、开放获取的科学杂志。引力波与时空的相互作用是在一个方向上压缩时空，而在垂直方向上拉伸时空。这就是为什么目前最先进的引力波探测器是 L 型的，并使用干涉测量法测量激光的相对长度，干涉测量法是一种观察两个光源结合产生的干涉图案的测量方法。探测引力波需要精确测量激光的长度：相当于测量距离最近的恒星（约四光年）的距离，精确到一根头发丝的宽度。该图显示了研究人员发出警报所需的时间，平均不到 30 秒。图片来源：安德鲁-托伊沃宁这项研究是全球引力波干涉仪网络LIGO-Virgo-KAGRA(LVK) 协作的一部分。在最新的模拟活动中，使用了以前观测时段的数据，并添加了模拟引力波信号，以显示软件和设备升级的性能。该软件可以检测信号的形状，跟踪信号的表现，并估计事件中包括哪些质量，如中子星或黑洞。中子星是已知存在的最小、密度最大的恒星，是大质量恒星在超新星中爆炸时形成的。一旦该软件探测到引力波信号，它就会向用户（通常包括天文学家或天体物理学家）发送警报，告知信号在天空中的位置。随着这一观测时段的升级，科学家们能够在探测到引力波后更快地发送警报，时间不超过 30 秒。"有了这个软件，我们就能探测到中子星碰撞产生的引力波，这种引力波通常太微弱，除非我们知道确切的观测位置，否则是无法看到的，"明尼苏达大学双城分校物理与天文学院博士生安德鲁-托伊沃宁（Andrew Toivonen）说。"首先探测到引力波将有助于确定碰撞的位置，帮助天文学家和天体物理学家完成进一步的研究"。天文学家和天体物理学家可以利用这些信息来了解中子星的行为方式，研究中子星和黑洞碰撞时的核反应，以及包括金和铀在内的重元素是如何产生的。这是使用激光干涉仪引力波天文台（LIGO）进行的第四次观测，它将一直观测到 2025 年 2 月。在前三次观测期间，科学家们对信号的探测进行了改进。本次观测结束后，研究人员将继续查看数据并做出进一步改进，目标是更快地发出警报。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据 据中新社报道，记者从中国科学院国家天文台获悉，这项纳赫兹引力波研究重要成果论文，星期四（6月29日）在中国天文学术期刊《天文与天体物理研究》（RAA）在线发表。 作为引力波的一种，对频率低至纳赫兹的引力波进行探测，将有助于天文学家理解宇宙结构的起源，探测宇宙中最大质量的天体即超大质量黑洞的增长、演化及并合过程，也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。 中科院国家天文台说，后续将充分发挥FAST脉冲星测时精度国际领先优势，加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，逐步发表更高精度的探测结果，打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。 同时，该台还将积极推进FAST扩展和升级，基于脉冲星测时阵列方法，实现纳赫兹引力波事件的常规观测，从而建成纳赫兹引力波天文台，并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元，将中国加快建设成为引力波天文和射电天文强国。

四种新工具全力“捕捉”引力波

四种新工具全力“捕捉”引力波 两个“共舞”黑洞产生的引力波的频率越来越高 图片来源：美国国家航空航天局英国《自然》杂志网站在6月27日的报道中指出，物理学家正在筹建新天文台，开发新实验和技术，以发现目前方法无法检测到的引力波。他们期待能够发现由完全不同的宇宙现象，包括超大质量黑洞甚至宇宙大爆炸本身产生的引力波，从而进一步揭示宇宙的奥秘。脉冲星计时阵列：捕捉持续十年的引力波脉冲星是高度磁化且快速旋转的中子星，每秒可以旋转数千次。理想情况下，脉冲信号应该间隔相等，但如果引力波对时空造成了微小扰动，脉冲星和地球的距离会发生微小变化，探测这些微小变化有助发现引力波。对脉冲星集合或阵列进行观测的脉冲星计时阵列（PTA）应该能够检测到频率仅为纳赫兹的引力波引起的变化，此类引力波可能由超大质量黑洞对产生。这种引力波的连续波峰需要数十年才能通过地球上的特定位置，这意味着需要数十年观测才能发现它们。2023年，PTA技术结出硕果。北美纳赫兹引力波天文台、欧洲脉冲星计时阵列、中国脉冲星计时阵列、澳大利亚帕克斯脉冲星计时阵列等合作团队分别发表了4篇论文，报道了背景引力波的存在证据。在宇宙尺度上均匀分布的、大量独立且不可分辨的波源辐射的引力波叠加起来，就会形成随机背景引力波。美国耶鲁大学天体物理学家基娅拉·明加雷利表示，纳赫兹背景引力波可以让人们窥视更早期的宇宙。微波望远镜：发现源于宇宙大爆炸的引力波宇宙微波背景辐射（CMB）被称为宇宙大爆炸的“余晖”。位于智利北部阿塔卡马沙漠海拔5300米处的西蒙斯天文台即将竣工，其能以更精致的细节，为CMB绘制“肖像画”。美国普林斯顿大学宇宙学家乔·邓克利称，该天文台将提供迄今对CMB最好的观测，并寻找源于宇宙大爆炸的引力波痕迹，从而揭示宇宙暴胀的秘密。暴胀指宇宙指数级的快速膨胀。尽管暴胀是目前广泛接受的宇宙学理论基石，但目前还没有证据证明这一点，CMB极化漩涡中的特定“B模式”将是确凿证据，这一模式可能是引力波通过时留下的印记。理论上，这种引力波应该由宇宙暴胀产生。美国约翰斯·霍普金斯大学理论天体物理学家马克·卡米诺维斯基表示，暴胀理论预测了B模式的存在，如果该模型成立，西蒙斯天文台应能找到它。原子干涉仪：专捉特定频率引力波许多项目致力于探测较低频的引力波，但很少有设施探测略低于1赫兹的引力波。但新兴的原子干涉仪技术或有希望完成这一任务。原子干涉仪是一种垂直的高真空管，原子可以在其中释放并在重力作用下下落，在此期间，物理学家用激光“挑动”原子，使其在激发态和基态之间切换。美国斯坦福大学物理学家贾森·霍根表示，将两组或多组原子置于同一垂直管道内不同高度，并测量激光脉冲从一组原子传播到下一组原子所需的时间，引力波的通过将导致光在它们之间传播的时间稍微减少或稍微增加。斯坦福大学开发了落差为10米的原子干涉仪，也有其他小组计划建造100米高度的原子干涉仪，其中MAGIS-100已经在费米国家加速器实验室的竖井中建设，计划于2027年完工。台式探测器：小块头有大智慧也有科学家正在探索用更小更便宜的探测器探测引力波，包括桌面探测器。美国西北大学研制的悬浮传感探测器让激光在相距仅1米的成对镜子之间反射，旨在通过共振来探测频率约100千赫兹的引力波。英国南安普顿大学物理学家伊维特·富恩特斯提出了一种制造更小的共振探测器的想法。她计划利用玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）的奇异物质状态中的声波，如果引力波以与声波共振的频率通过，其就可以被探测到。不过，这个过程可能需要重复数月才能成功。理论上来说，基于BEC的探测器可以探测到1兆赫兹或更高频率的引力波。这些高频引力波可以揭示宇宙大爆炸后第一秒左右发生的奇异物理现象。 ... PC版： 手机版：

天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘

天体物理学家发现新的引力波探测方法 探索宇宙最深处的奥秘 科大物理系刘教授团队提出的突破性概念，可让地球磁层中的单个天文望远镜成为全球变暖信号的探测器。资料来源：香港科技大学在香港科技大学物理系副教授刘涛教授的领导下，研究小组的创新方法可以利用行星磁层中现有的、技术上可行的天文望远镜成功探测高频引力波。这将为以有效和技术可行的方式研究早期宇宙和剧烈宇宙事件开辟新的可能性。引力波（GW）由各种天文现象产生，如早期宇宙的相变和原始黑洞的碰撞。然而，引力波的影响极其微弱，目前只能通过干涉测量法在相对较低的频段发现引力波。因此，利用全球升温潜能值观测宇宙面临着巨大的技术挑战，特别是在探测一千赫以上的高频段时，干涉测量法的使用受到很大限制。为了解决这一难题，刘涛教授和他的博士后研究员张晨博士与中国科学院高能物理研究所的任静研究员合作，在最近的研究中取得了重大突破。这项研究利用了一个有趣的物理效应：驻留在磁场中的全球瓦可以转化为潜在的可探测电磁波。通过利用行星磁层内的延伸路径，转换效率得以提高，从而产生更多的电磁波信号。对于具有宽视场的望远镜来说，由于这种行星实验室内的信号通量具有广阔的角度分布，因此探测能力可以得到进一步提高。这种创新方法可使单个天文望远镜充当全球变暖信号的探测器。通过组合多个望远镜，可以实现高频全球变暖频率的广泛覆盖，从兆赫兹到1028赫兹不等。这一频率范围相当于天文观测中使用的电磁波谱，其中有很大一部分是以前在探测 GW 时从未探索过的。这项研究对低地球轨道卫星探测器和木星磁层内正在进行的任务的灵敏度进行了初步评估。这项研究发表在今年 3 月的《物理评论快报》上，随后，《自然- 天文学》在 5 月发表了一篇题为"行星大小的实验室提供了宇宙学见解"的文章，重点介绍了这项研究。这强调了这项研究在为未来新型全球变暖探测技术研究铺平道路方面的重要意义。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1103/PhysRevLett.132.131402DOI: 10.1038/s41550-024-02285-w ... PC版： 手机版：

麻省理工学院研究人员在太空中发现目前最大最复杂的分子

麻省理工学院研究人员在太空中发现目前最大最复杂的分子 科学家利用射线望远镜对恒星形成区 NGC 6334I 的观测，首次在太空中发现了 2-甲氧基乙醇。图片来源：研究人员提供该研究小组的开放存取论文《利用ALMA对 NGC 6334I 的观测，旋转光谱和首次星际探测到 2-甲氧基乙醇》（Rotational Spectrum and First Interstellar Detection of 2-Methoxyethanol UsingALMAObservations of NGC 6334I）发表在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。扎卡里-弗里德（Zachary T.P. Fried）是麦奎尔研究小组的一名研究生，也是这篇论文的第一作者，他努力拼凑从全球各地收集到的拼图，从麻省理工学院延伸到法国、佛罗里达州、弗吉尼亚州和哥本哈根，从而实现了这一激动人心的发现。弗里德解释说："我们小组试图了解恒星和太阳系最终将形成的空间区域中存在哪些分子。这使我们能够拼凑出化学是如何随着恒星和行星的形成过程而演变的。我们通过观察分子的旋转光谱来实现这一目标，这是分子在太空中翻滚时发出的独特光斑。这些图案就是分子的指纹（条形码）。要探测太空中的新分子，我们首先必须知道我们要寻找的分子是什么，然后我们可以在地球上的实验室里记录下它的光谱，最后我们再利用望远镜在太空中寻找这种光谱"。麦奎尔小组最近开始利用机器学习来建议寻找好的目标分子。2023 年，其中一个机器学习模型向研究人员推荐了一种名为 2-甲氧基乙醇的分子。弗里德说："太空中有许多'甲氧基'分子，如二甲醚、甲氧基甲醇、甲基乙基醚和甲酸甲酯，但2-甲氧基乙醇将是迄今为止所见过的最大、最复杂的分子。"为了利用射线望远镜观测探测到这种分子，研究小组首先需要测量和分析它在地球上的旋转光谱。研究人员将里尔大学（法国里尔）、佛罗里达新学院（佛罗里达州萨拉索塔）和麻省理工学院的麦奎尔实验室的实验结合起来，测量了从微波到亚毫米波（约8到500千兆赫）频率的宽带区域的光谱。从这些测量中收集到的数据允许利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）对两个不同恒星形成区的观测来寻找该分子：NGC 6334I 和 IRAS 16293-2422B。麦奎尔小组的成员与美国国家射电天文台（弗吉尼亚州夏洛茨维尔）和丹麦哥本哈根大学的研究人员一起分析了这些望远镜的观测结果。弗里德说："最终，我们观测到 25 条 2-甲氧基乙醇的旋转线与 NGC 6334I 观测到的分子信号一致（条码吻合！），从而在这一来源中安全地探测到了 2-甲氧基乙醇。这使我们能够推导出 NGC 6334I 分子的物理参数，如丰度和激发温度。这也使得我们能够研究已知星际前体可能的化学形成途径。"像这样的分子发现有助于研究人员更好地理解恒星形成过程中太空分子复杂性的发展。含有 13 个原子的 2-甲氧基乙醇在星际标准中是相当大的截至 2021 年，在太阳系外只探测到 6 种大于 13 个原子的物质，其中许多是由 McGuire 的研究小组发现的，而且都是环状结构。Fried说："对大分子的持续观测以及随后对其丰度的推导，使我们能够进一步了解大分子的形成效率以及它们可能是通过哪些特定反应产生的。此外，由于我们在NGC 6334I中探测到了这种分子，而在IRAS 16293-2422B中却没有探测到，因此我们获得了一个独特的机会，来研究这两个来源的不同物理条件可能会如何影响可能发生的化学反应"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：