天文学家正在监测几十颗毫秒脉冲星，期望借助这些超准的宇宙时钟来探测地球位置随引力波而发生的轻微偏移。这张脉冲星网能够探测到星系中心超大质量黑洞的相互绕转，这些黑洞要比LIGO探测到的引力波源大数百万倍，甚至数十亿倍。图片来源：David Champion 

激光干涉引力波天文台（LIGO）最近探测到的引力波，源于两个黑洞合二为一，每个黑洞的质量都是太阳的大约30倍。引力波有着不同的频率，需要用不同的技术来探测。北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）的一项新研究表明，利用现有的射电望远镜应该很快就能够探测到低频引力波。

“如果我们能够监测遍布于天空的大量脉冲星，就有可能检测到低频引力波。”美国航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的博士后研究员斯蒂芬·泰勒（Stephen Taylor）说，“观测到所有这些脉冲星都出现相同的模式偏差，那就是引力波的直接证据。”泰勒和他在JPL及加州理工学院的同事，一直在研究利用脉冲星检测低频引力波信号的最佳方法。脉冲星是一类高度磁化的中子星，是恒星在超新星爆炸之后残留下来的高速旋转的核心部分。

爱因斯坦的广义相对论预言了引力波，也就是时空的涟漪，是由加速的大质量物体发出的。纳赫兹引力波由超大质量黑洞相互绕转而发出，每一个黑洞所包含的质量，都可能有LIGO探测到的那两个黑洞的数百万倍，甚至数十亿倍。这样的大黑洞形成于星系的中心，因为两个星系的碰撞而走到了一起。它们正在越靠越近，最终将会合二为一，形成单一的超大黑洞。

超大质量黑洞相互绕转时，都会牵扯时空本身，产生出微弱的引力波信号，朝四面八方传播，就如同一张蜘蛛网上的振颤。这些振颤经过地球时，就会轻轻地推挤我们的地球，使地球相对于遥远脉冲星的位置发生偏移。由超大质量双黑洞产生的引力波要花几个月或者几年时间才能全部传过地球，需要进行许多年的观测才能够探测到。

“星系的并合是一种普遍现象，我们认为许多星系里都拥有超大质量双黑洞，这是我们应该能够检测到的。”泰勒的合作者之一、JPL的约瑟夫·拉齐奥（Joseph Lazio）说，“脉冲星将让我们看到这些大家伙，在它们缓慢盘旋着越靠越近的时候。”

一旦这些巨型黑洞彼此靠到非常近的地步，引力波就会太短，无法再用脉冲星来探测了，不过eLISA之类的空间激光干涉仪将在这一频段运行，能够探测到超大质量黑洞并合的过程。LISA探路器目前正在检验未来的eLISA任务所需的技术。

对于天文学家来说，找到超大质量双黑洞的证据是一项挑战。星系中心包含许多恒星，而且就算是巨型黑洞，个头也相当小——差不多跟太阳系的大小相当。要在周边星系的眩光中看到这些双黑洞发出的光芒，对于天文学家来说，难度不小。

射电天文学家另辟蹊径，转而搜寻这些双黑洞发出的引力波。2007年，NANOGrav开始观测一组最快速自转的脉冲星，尝试探测由引力波导致的地球位置的轻微偏移。

脉冲星会发出射电波束，每自转一周，其中一束就会扫过地球一次，于是天文学家就接收到了一系列射电辐射脉冲。大部分脉冲星每秒自转几次，不过有些脉冲星被称为毫秒脉冲星，每秒种可以自转成百上千次。

“毫秒脉冲星的脉冲抵达地球的时刻可以精确预言，我们的设备则能够把脉冲的时间精确测量到千万分之一秒之内。”美国西弗吉尼亚大学射电天文学家、NANOGrav团队成员莫拉·麦克劳克林（Maura McLaughlin）说，“正因为如此，我们能够利用它们检测地球位置极其细微的偏移。”

不过，JPL和加州理工学院的天体物理学家谨慎地指出，想要检测到微弱的引力波，很可能需要监测更多的脉冲星。“我们就像蜘蛛网中央的蜘蛛，”JPL和加州理工学院的另一位团队成员米歇尔·瓦利斯纳里（Michele Vallisneri）说，“脉冲星网上的‘蛛丝’越多，当引力波途经地球时，我们就越有可能感知到它。”

瓦利斯纳里说，要完成这一壮举，必须要寻求国际合作。“NANOGrav目前正在监测54颗脉冲星，但我们只能看到南天球的一部分。我们必须与欧洲和澳大利亚的同事密切合作，才能够覆盖全部天空，这是搜寻引力波所必须的。”

尽管存在技术上的挑战，泰勒对此信心十足。“引力波一直都在冲刷着地球，”泰勒说，“考虑到NANOGrav和其他国际团队监测的脉冲星数目，我们预期在未来10年之内，就将获得明确而可信的低频引力波证据。”

NANOGrav合作项目由美国和加拿大超过12家机构的60多位科学家参与。这个团队利用美国西弗吉尼亚的绿堤射电望远镜（Green Bank Telescope）和波多黎各的阿雷西博射电望远镜对脉冲星进行计时观测，试图从中寻找时空本身的涟漪。

这项新研究发表在本周出版的《天体物理杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。（编辑：Steed）