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一位對脈衝(chong) 業(ye) 內(nei) 者對脈衝(chong) 星的描繪。

(圖片來源:宇航局戈達德太空飛行中心)

保羅·M·薩特是紐約州立大學石溪分校和熨鬥研究所的天體(ti) 物理學家，《問宇航員》和《太空廣播》的主持人，《在太空中死亡》的作者。

天文學家希望利用散布在銀河周圍的脈衝(chong) 星作為(wei) 巨大的引力波探測器。我們(men) 為(wei) 什麽(me) 需要它們(men) ，又如何利用它們(men) 工作呢?

引力波，或時空結構中的微瀾，各種來源不斷地在宇宙中晃動。現在，當一波又一波穿過你的身體(ti) 時，你正受到輕微的拉伸和擠壓。這些波來自合並的黑洞、巨大恒星的爆炸，甚至是大爆炸的初期。

在地球上，我們(men) 已經開發出非常靈敏的引力波探測器，能夠感知短暫但響亮的事件，比如黑洞合並，這種事件隻持續幾秒鍾，但會(hui) 產(chan) 生如此巨大的信號，我們(men) 得以探測到。 (“巨大”在這裏是一個(ge) 相對的詞;由通過的波引起的畸變小於(yu) 原子核的寬度。)

地麵探測器發現低頻引力波的難度，在於(yu) 低頻引力波需要數周、數月甚至數年才能穿過地球。並且它來自大黑洞的合並，它們(men) 比小黑洞合並的時間要長得多。探測器從(cong) 靈敏度、長時間跨度內(nei) 測量微小的差異未具備條件。為(wei) 此，需要一個(ge) 更大的探測器。

我們(men) 利用遙遠的脈衝(chong) 星來協助測量引力波，而不是使用地麵上的儀(yi) 器。這就是所謂脈衝(chong) 星定時陣列背後的想法。

為(wei) 脈衝(chong) 星供電

脈衝(chong) 星是神奇的物體(ti) ，尤其是用作引力波探測器的脈衝(chong) 星。

脈衝(chong) 星是巨星殘留物，是宇宙中已知的最奇異的天體(ti) 之一。它們(men) 是幾乎完全由中子製成的超密度球，其中有一些電子和質子。電荷旋轉會(hui) 產(chan) 生難以置信的強磁場——在某些情況下，是宇宙中最強大的磁場。

強磁場也會(hui) 產(chan) 生強電場。它們(men) 一起為(wei) 從(cong) 磁極向各個(ge) 方向發射的輻射束提供能量（如果你在這裏感受到死星的振動，你就不遠了）。這些磁極並不總是與(yu) 脈衝(chong) 星的旋轉軸對齊，就像地球的南北磁極不與(yu) 我們(men) 星球的旋轉軸一致同理。

這迫使輻射束在天空中掃出圓圈。當這些光束穿過地球時，我們(men) 看到了無線電發射的周期性閃光，將“脈衝(chong) ”放入“脈衝(chong) 星”中。

脈衝(chong) 星非常有規律。它們(men) 重、旋轉快，我們(men) 用它們(men) 的閃光作為(wei) 極其精確的時鍾。但大多數脈衝(chong) 星容易受到隨機星震(當恒星的內(nei) 容物四處移動，幹擾脈衝(chong) 星的旋轉)、故障和減速的影響，以至改變它們(men) 的規律性。大多數脈衝(chong) 星都不適合應用於(yu) 引力波研究。

計時陣列依賴於(yu) 脈衝(chong) 星的一個(ge) 子集，即毫秒脈衝(chong) 星，顧名思義(yi) ，它的旋轉周期為(wei) 幾毫秒。天文學家認為(wei) ，毫秒脈衝(chong) 星是“蘇醒的”脈衝(chong) 星，在伴星墜落的物質加速後，它們(men) 的旋轉速度達到了令人難以置信的速度，就像大人推著孩子上學校裏的旋轉木馬一樣。由於(yu) 毫秒脈衝(chong) 星的速度驚人，它們(men) 可以在很長的時間尺度內(nei) 保持同等精度。例如，脈衝(chong) 星PSR B1937+21的旋轉周期為(wei) 1.5578064688197945 +/- 0.0000000000000004秒。這和我們(men) 最好的原子鍾的精度是一樣的。而這些毫秒脈衝(chong) 星無疑是完美的引力波探測器。

陣列定時

以下是它的工作原理。首先，天文學家觀察盡可能多的毫秒脈衝(chong) 星的自轉周期。如果引力波經過地球、脈衝(chong) 星甚至我們(men) 之間，它同時將改變地球和脈衝(chong) 星之間的距離。隨著波的移動，脈衝(chong) 星的距離也會(hui) 時遠時近，以此類推，直到波繼續移動。

在我們(men) 看來，距離的變化將表現為(wei) 旋轉周期的變化。脈衝(chong) 星的一道閃光可能來得有點太早；那麽(me) 另一個(ge) 可能會(hui) 來得有點晚。一個(ge) 典型的引力波，時間的變化非常微小，每幾個(ge) 月才10或20納秒。但對毫秒脈衝(chong) 星的測量已經足夠靈敏，至少理論上可以檢測到這些變化。

“脈衝(chong) 星計時陣列”的“陣列”部分來自於(yu) 同時研究許多脈衝(chong) 星並尋找相關(guan) 運動：如果引力波經過空間的一個(ge) 區域，那麽(me) 該方向的所有脈衝(chong) 星的計時一致。幾十年來，世界各地的許多合作單位都使用射電望遠鏡研究脈衝(chong) 星定時陣列。到目前為(wei) 止，他們(men) 的成功很有限，發現了各種脈衝(chong) 星的時間變化，但沒有發現相關(guan) 性的跡象。每年，技術都在進步，希望很快，這些陣列就能解開宇宙引力波的大部分。

BY:Paul Sutter

FY:jane

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