脈衝星可能揭示極低頻引力波正在宇宙中傳播。國際脈衝星時間線協作組織於 2023 年報告的觀測結果可能源自來自無數遙遠來源的重疊引力波背景。或者一對附近的超大質量黑洞相互繞行。為了確定哪種解釋是合適的，弘前大學理論物理學家兼教授淺田秀樹和弘前大學科學技術研究生院研究員山本俊提出了一種新方法。他們的方法利用了兩個引力波具有相似頻率時發生的“定時”效應。它尋找對脈衝星無線電信號到達所需時間的微妙影響。
他們的研究結果最近發表在 宇宙學與天文學粒子物理學雜誌（JCAP）
夜空中有極其精確的“宇宙鐘”，那就是脈衝星。它是一顆密集的中子星，定期發射無線電波。在地球上，射電望遠鏡就像一個完美定時的節拍器一樣滴答作響，跟踪這些脈沖不僅是為了了解脈衝星。但它也可以作為研究浩瀚宇宙的結構和行為的工具。
如果有看不見的東西，這幾乎就是“宇宙幽靈”，扭曲了脈衝星和地球之間的時空。脈搏的節奏略有變化。這些變化不是隨機的。天空某些部分的許多脈衝星可以表現出同步變化。就好像緩慢的、看不見的波浪在太空中移動。
Asada 說：“2023 年，包括美國 NANOGrav 和歐洲團隊在內的多個脈衝星計時器陣列的合作，宣布了納赫茲引力波的明確證據。”納赫茲是指從幾個月到幾年的波長。它的波長為數光年。為了探索這樣的規模，我們依賴於數百到數千光年之外的遙遠、穩定的脈衝星。 “這些信號在統計上是可靠的。但它低於粒子物理學家通常要求的 5 西格瑪閾值，”他繼續說道。 “這是‘強有力的證據’，但並不能證實這一發現。但宇宙學和天體物理學界相信，我們已經接近首次探測到納赫茲引力波。”
不過，證據是有希望的。但仍缺乏完整的確認。淺田指出，如果未來的數據能夠強化結果，下一步就是歸因。 “納赫茲引力波有兩個主要來源，”他解釋道。一是宇宙的膨脹。這會導致早期宇宙的時空波動。後來擴展到宇宙層面。另一個是超大質量黑洞的雙星系統。它們是在星系合併時形成的。這兩種情況都會產生納赫茲引力波。 ”
由於脈衝星數據中的相關模式，區分這些可能性很困難。這就是脈衝星之間的時間差的關係。人們曾經認為這兩種情況下它們看起來很相似。 “在我們的報告中，我們一直在探索附近一對超大質量黑洞產生異常強烈信號的情況，”淺田說。 “如果兩個系統具有非常相似的頻率，它們的波也可以乾擾並產生節奏模式。就像聲學原理一樣，這些特徵可以讓我們將它們與膨脹的隨機背景區分開來。”
因此，淺田和山本使用了熟悉的音效。這就是節奏。當兩個波具有相同的頻率但不相等時。兩波的重疊會周期性地加強和減弱。當應用於引力波時，兩個頻率相似的超大質量黑洞雙星系統會在脈衝星諧振信號中留下特徵調製印記。該方法是在脈衝星相關模式中尋找這種調製——“節奏”。如果存在，則清楚地表明該信號不是漫射背景。相反，它們源自一個特定的且相對接近的二元系統。
我們現在等待對脈衝星信號性質的更強有力的確認。 “我認為，當它在 5 西格碼處被檢測到時，它就成功了。也許幾年之內，下一步就是要問：“那時波的起源是什麼？我們的方法可能有助於辨別這些波是來自暴脹還是來自附近的超大質量黑洞雙星系統，”淺田總結道。
