科学家提出使用脉冲星来定位引力波源

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脉冲星阵列如何精确定位双黑洞。资料来源：卡尔·诺克斯/奥兹格拉夫

目前的引力波天文台有两个重要的局限性。首先，它们只能观测到黑洞和中子星合并等强大的引力爆发。第二，他们只能观察这些合并的波长在数百到数千公里左右。这意味着我们只能观察到恒星的大规模合并。当然，在其他波长和噪声水平下有很多有趣的引力天文学，这促使天文学家变得聪明。其中一个聪明的想法是使用脉冲星作为望远镜。研究已在预印本服务器arXiv上发表。

这个概念被称为脉冲星定时阵列（PTA）。脉冲星是旋转的中子星，具有强大的磁场排列方式，每次旋转都会向地球扫射出一股无线电能量。我们认为它们是一个非常常规的无线电闪光灯。一些脉冲星，被称为毫秒脉冲星，旋转得如此之快，以至于它们每秒发射数百个无线电脉冲。由于中子星的自转几乎和发条一样有规律，脉冲星可以作为一种宇宙钟表。

正因为如此，如果脉冲星以任何方式移动，例如绕恒星运行，脉冲星的相对运动会导致脉冲略有偏移。我们可以极其精确地测量这些变化。我们的观测是如此精确，脉冲星被用来测量双星系统的轨道衰减，作为引力波的间接证据，早在我们直接观测它们之前。

即使脉冲星不是双星系统的一部分，小的引力拖船也会导致它们略有移动。因此，当引力波穿过它们时，它们的脉冲会移动很小的幅度。这些变化基本上处于脉冲本身的随机波动水平，因此我们无法看到单个脉冲星的引力波效应。我们需要观测大量脉冲星才能看到统计波动。因此，我们需要一系列脉冲星计时。

多个脉冲星可以精确定位引力波的来源。资料来源：加藤和高桥

今年早些时候，来自NANOGrav的天文学家使用了67颗脉冲星阵列，这些数据有15年的数据，能够测量宇宙的背景引力隆隆声。这种背景的可能来源是超大质量双黑洞（SMBH），但结果并不完全是决定性的。数据的一个问题是，虽然团队可以测量引力波，但他们无法确定它们的起源点。

有几个正在进行的PTA项目，这意味着我们很快就会拥有丰富的观测数据。在一项新的研究中，一个研究小组提出了如何使用这些数据来确定背景引力波的来源。他们的想法集中在对阵列中的脉冲星进行精确的距离测量。

目前，虽然我们非常准确地知道一些脉冲星的距离，但许多脉冲星的距离是模糊的。通过超长基线阵列等天文台对PTA脉冲星进行详细观测，可以为我们提供所需的精度。知道脉冲星的距离和时间变化将为我们提供源的范围。对于脉冲星阵列，范围将重叠以对源进行三角测量。

正如论文所示，只有十几个脉冲星的PTA可以获得良好的精度水平。这项初步研究仅关注二维阵列，但更3D的阵列也应该相当准确。当然足够精确，可以证明这些背景波是否来自超大质量双黑洞，或者我们尚未完全理解的东西。

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原标题：《科学家提出使用脉冲星来定位引力波源》

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