（一）2015 年高频引力波探测
早在 100 多年前，爱因斯坦就预言了引力波的存在，而在 2015 年，激光干涉引力波天文台成功探测到了引力波，这一发现轰动了科学界。当时探测到的是高频引力波，其波长很短，范围在几十米到几百公里之间。
凭借地球上的激光干涉装置，就能够对其进行检测，这使得科学家们首次真切地捕捉到了时空的涟漪，开启了引力波探测的新纪元，也为后续更深入的宇宙探索奠定了基础。
（二）2024 年低频引力波探测
今年 6 月 29 日，欧洲脉冲星测试阵列、澳大利亚帕克斯脉冲星测试阵列、北美纳赫兹引力波天文台以及中国的脉冲星测试阵列各自独立宣布探测到了纳赫兹引力波存在的证据，并在线发表了相关论文。
这次探测到的低频引力波与 2015 年的高频引力波截然不同，其波长达到了数十光年，如此巨大的空间尺度波长，地球上的结构根本无法检测，哪怕把太阳系的八大行星连接起来做成尺子都无济于事，需要寻找一把更为宏大的 “尺子” 来进行测量。
而且，低频引力波不仅空间跨度极大，在时间跨度上同样令人咋舌，其走完一个波长需要几十年，这就对测量精度所依赖的时间准确性提出了极高要求。
低频引力波的探测方法：脉冲星测试阵列的奥秘（一）脉冲星 —— 宇宙中的精准 “时钟”
脉冲星是一种极为特殊的天体，它是稳定、高速旋转且有着极强磁场的中子星。其旋转规律程度堪称宇宙中的原子钟，具有极高的精确性。早在 1967 年，当科学家首次测量到脉冲星的无线电波时，甚至误以为那是来自外星文明的信号。
而在探测低频引力波的过程中，科学家重点利用的是旋转速度极快的毫秒脉冲星，它一秒能够旋转数百次，这种高度规律性为探测提供了可靠的依据。
（二）利用脉冲星探测引力波的原理
当引力波在地球和脉冲星之间传播时，会对时空造成扭曲，就如同用双手挤压气球，气球会在一个方向被挤压、垂直方向被拉伸一样，时空也会出现类似的变形情况。这样一来，脉冲星发出的信号到达地球的时间就会出现早到或晚到的变化，科学家正是依据这种时空变化来探测引力波的。
不过，仅关注一颗脉冲星远远不够，因为其中存在诸多变化和未知因素，接收到的可能是噪声或者假信号，所以必须收集大量且具有一定时间跨度的脉冲星数据，才能准确判断引力波的存在，众多脉冲星组合在一起便构成了脉冲星测试阵列，这相当于一把有着银河系般巨大尺度的 “尺子”，为探测低频引力波发挥着关键作用。
中国团队的突出贡献：天眼助力高效探测其他三个项目都是经过了几十年的数据积累，才最终给出低频引力波存在的证据。而中国团队利用 500 米口径球面射电望远镜（天眼）来观测脉冲星，从 2019 年 9 月开始，仅仅用了 3.5 个月的时间，就从 57 颗高精度的脉冲星中发现了特征信号，并且误报率还远远低于其他三个项目。
在此次发布的结果中，中国对空间扰动的探测置信度也是最高的，这彰显了中国在引力波探测领域的强大实力以及天眼这一先进设备在射电天文学领域的巨大优势，让中国天文学家首次站在了人类视野的最前沿，为全球宇宙探索事业贡献了重要力量。
低频引力波的来源推测：宇宙深处的未解之谜（一）难以锁定的信号源
2015 年检测到的引力波能够锁定源头，是源于两个核心质量的黑洞合并。但此次探测到的低频引力波，四个探测团队都无法锁定其信号源，我们所探测到的是宇宙中所有引力波叠加后的结果，就好像是一种背景信号，类似于无处不在的宇宙微波背景辐射，很难分辨出具体是由哪些天体产生的，这给源头的确定带来了极大的困难，也使得低频引力波的来源充满了神秘色彩。
（二）多种推测与理论探讨
尽管难以明确源头，但科学家们根据现有数据进行了诸多推测。一种普遍的观点认为，低频引力波可能源于两个距离非常近且相互环绕的超大质量黑洞。当两个星系合并时，其核心的超大质量黑洞会相遇并相互旋转，随着时间推移，轨道逐渐收紧，最终距离变得极近。
不过，从理论上讲，两个超大质量黑洞合并所需时间极长，甚至超过了宇宙现有的年龄，正常情况下这种双黑洞系统似乎不应存在，但考虑到一些未知因素，比如通过发射引力波来释放能量等情况，也存在一定可能性。
此外，还有科学家推测低频引力波可能是宇宙早期原初黑洞合并产生的，甚至有观点认为宇宙起源并非大爆炸，而是基于一次大反弹，相关事件产生的引力波一直在时空中飘荡。这些都只是目前富有想象力的推测，要想更清晰地识别脉冲星特征信号、确定引力波来源，还需要更长时间的观测、更大的空间尺度、更多的脉冲星、更高的测试精度以及更好的算力和算法等多方面的支持，而宇宙中还有太多未知等待着我们去进一步探索和揭秘。
引力波观测的意义与展望：倾听宇宙更多秘密引力波观测作为一种全新的探寻宇宙奥秘的方式，尽管目前还面临诸多挑战和未解之谜，比如脉冲星并非是 100% 完美的引力波探测器，存在许多未知变化会影响探测结果，但它已经为我们打开了一扇倾听宇宙秘密的新窗口。
通过对引力波的不断观测和研究，我们有望逐步解开宇宙起源、天体演化等诸多重大问题，进一步拓展人类对宇宙万物的认知边界，让我们更加深入地了解这个浩瀚而神秘的宇宙世界，未来的宇宙探索之路依然充满无限可能，值得我们持续深入地去钻研和探索。
文章来源：科学透镜
