科学家们报告了第一个证据，表明我们的地球和我们周围的宇宙充斥着一种被称为引力波的时空起伏背景。引力波在数年甚至数十年间缓慢摆动，被认为主要来自于一对超级大质量黑洞在合并前悠闲地旋转在一起。

艺术家构想的脉冲星集合，可探测到来自成对环绕的超大质量黑洞的引力波www.196nk.cn。图片来源：Aurore Simonnet 为 NANOGrav 协作小组制作

这一突破性发现是北美引力波纳米赫兹天文台（NANOGrav）15 年精心观测的结果，其详细内容发表在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上的一系列论文中。作为美国国家科学基金会（NSF）资助的物理前沿中心，NANOGrav 由来自美国和加拿大的 190 多名科学家组成。他们利用波多黎各阿雷西博天文台、西弗吉尼亚州绿岸望远镜和新墨西哥州超大阵列的射电望远镜，监测天空中 68 颗被称为脉冲星的死星。这些脉冲星就像一个浮标网络，在引力波缓慢滚动的海洋中晃动。

NANOGrav团队成员、加州理工学院物理学助理教授Katerina CKLWmfFjhatziioannou说："引力波对脉冲星的影响非常微弱，很难探测到，但随着时间的推移，我们收集了更多的数据，对研究结果建立了信心。"今KLWmfFj后，我们将继续进行更多的观测，并将我们的结果与国际合作伙伴的结果进行比较，这将使我们能够从数据中学到更多东西。"

Katerina Chatziioannou。资料来源：加州理工学院

NANOGrav团队成员、喷气推进实验室（JPL）首席科学家、加州理工学院天文学访问学者约瑟夫-拉齐奥（Joseph Lazio）说："我们有了一种新的方法，可以探测星系核心的巨大黑洞开始缓慢但不可阻挡的死亡螺旋时会发生什么。我们认为这个过程是许多星系的标准过程，我们已经看到了许多不同步骤的例子，但我们终于开始瞥见其中一个关键的最后步骤了。"

约瑟夫-拉齐奥。资料来源：加州理工学院

阿尔伯特-爱因斯坦于 1916 年首次提出了引力波的概念。然而，直到大约一个世纪之后，美国国家科学基金会资助的 LIGO（激光干涉引力波天文台）才直接探测到了引力波。他们探测到了来自一对遥远的碰撞黑洞的波。

与 LIGO 不同，NANOGrav 所探测的引力波频率要高得多，顾名思义，NANOGrav 主要探测纳赫兹范围内的低频引力波，即每几年一个周期。

较高频率的引力波来自于较小的黑洞对，它们在碰撞前的最后几秒钟迅速绕着对方旋转，而较低频率的引力波被认为是由星系中心的巨大黑洞产生的，其质量是太阳的数十亿倍，它们缓慢地绕着对方旋转，在合并前还有数百万年的时间。

在新的研究中，NANOGrav 被认为捕捉到了来自宇宙中许多对合并的超大质量黑洞的引力波的集体嗡嗡声。"人们把这种信号比作背景杂音，而不是 LIGO 接收到的呼喊声，"同时也是 LIGO 团队成员和威廉-H-赫特学者的查齐奥安努解释说。

帕特里克-迈尔斯。资料来源：加州理工学院

"这就好像你在鸡尾酒会上，你无法分辨出任何一个人的声音。我们只能听到背景噪音，"NANOGrav 团队成员、加州理工学院博士后学者副研究员帕特里克-迈耶斯（Patrick Meyers）说，他帮助领导了对结果的统计测试。

NANOGrav 的脉冲星网络也被称为脉冲星计时阵列。脉冲星是由大质量恒星爆炸形成的，它们发出的光标以非常精确的间隔快速旋转。"它们就像灯塔上的信标，以固定的速度掠过。你可以预测到几十纳秒的时间。在某些情况下，它们与原子钟的精度相当。"

当引力波穿越宇宙时，会对时空结构产生轻微的拉伸和挤压。这种拉伸和挤压会导致地球与特定脉冲星之间的距离发生微小的变化，从而导致脉冲星闪光时间的延迟或提前。为了寻找引力波的背景嗡嗡声，科学小组开发了软件程序来比较其网络中一对脉冲星的时间。引力波会根据脉冲星在天空中的距离远近，在不同程度上改变脉冲星的闪光时间，JPL 的罗恩-海灵斯（Ron Hellings）和乔治-唐斯（George Downs）在 20 世纪 80 年代初首次从理论上计算出这种模式。

米歇尔-瓦利斯内里。资料来源：加州理工学院

拉齐奥说："想象一下，成对的超大质量黑洞散布在海洋上，荡起许多涟漪。现在，我们坐在地球上，地球就像一个浮标，与脉冲星一起，我们试图测量涟漪是如何变化并导致其他浮标向我们移动或远离我们的。"

"为了弄清引力波背景，我们必须弄清许多令人困惑的影响，比如脉冲星的运动http://www.196nk.cn、银河系中自由电子的扰动、射电天文台参考时钟的不稳定性。" NANOgrav 团队成员、JPL 高级研究科学家兼加州理工学院理论天体物理学访问学者 Michele Vallisneri 说："我们在美国国家航空航天局朱诺号和卡西尼号任务的帮助下确定了太阳系中心的精确位置。"

未来的 NANOGrav 成果将包括加拿大的 CHIME 望远镜，该望远镜将于 2019 年加入该项目。加州理工学院的深层同步阵列-2000（或称 DSA-2000）也将加入搜索行列，这是一个由 2000 个射电天线组成的阵列，计划建在内华达沙漠，2027 年开始运行。

科学家们希望能解答有关合并超大质量黑洞性质的谜团，比如它们有多常见，是什么让它们走到了一起，还有什么其他因素促成了它们的凝聚。

Chatziioannou说："多年来，人们一直试图用望远镜发现合并的超大质量黑洞。他们的距离越来越近，发现的候选黑洞也越来越多，但由于黑洞靠得太近，很难分辨。有了引力波这个新工具，将有助于更好地了解这些神秘的野兽。"

瓦利斯内里说："这真是一个美丽的、不可能完成的实验：组装一个银河系大小的引力波探测器，由整个银河系的死亡恒星脉冲激发，并汇集了一个由射电天文学家、中子星和黑洞专家以及引力波科学196世界之最家组成的多学科团队。"