引力波已經幫助我們解開了許多宇宙的奧秘,但是引力波天文學仍處於發展初期。引力波是廣義相對論的預言之一,因為它是如此的微弱,以致於連愛因斯坦都不相信人類能探測到它的存在。正因為如此,我們所探測到的引力波都來自於宇宙最強的災難性事件,例如兩個黑洞的碰撞還有中子星的碰撞。
隨著引力波探測器靈敏度的提高,在不久之後我們就能探測到超新星的引力波,或者更遠距離的黑洞合併的引力波。但是,在所有類型引力波中,科學家最感興趣的還是原始引力波。如果我們能探測到它們,那麼它將幫助我們解開宇宙最深奧的謎題。
當宇宙大爆炸發生的時候,時空結構強烈波動,產生了原始引力波。但是,隨著宇宙的膨脹,它們現在已經非常微弱,並且遍布整個宇宙。這有點像是宇宙微波背景輻射,但是與它相比,原始引力波弱到無法檢測到。
目前,檢測原始引力波的手段都集中在它對光的影響上。根據引力波的標準模型,當引力波在宇宙中傳播時,它會輕微地彎曲光線的方向。如果我們利用宇宙微波背景來尋找原始引力波,那麼我們會看到它會有B型偏振。但是,不僅是原始引力波會引起它的B型偏振,塵埃等物質也會引起B型偏振,這兩者不容易區分。
既然我們可以探測引力波,那麼我們為什麼不直接探測原始引力波呢?最近,有一組研究人員聲稱,他們已經找到了一種方法,可以剝離宇宙中巨大的噪音,找到原始引力波的信號。
他們的方法與在錄音室錄音有點像。我們錄音的時候,會把錄音室中的噪音也錄進去。但是,我們可以單獨錄製錄音室中的噪音,然後將它們相減,就可以得到沒有噪音的錄音了。我們可以用同樣的方法去除宇宙噪音,從中得到原始引力波的信號。
為此,他們已經建立了由超新星、中子星和黑洞事件產生的整體平均引力波信號模型,從宇宙中收集到的引力波信號減去它,就只剩下一些隨機的引力波信號。這些隨機信號大都來自於天文台探測器的波動。由於原始引力波在所有觀測站應該具有相同的信號,所以共同的「噪聲」應該是原始引力波信號。
研究人員已經在模擬中實驗了這個方法,但在實際應用中,由於目前的天文台噪聲較大,無法使用這個方法。但是,這個方法是值得進行研究的,因為隨著探測器靈敏度的提高,最終我們可以使用這種方法找到原始引力波的信號。到時,一個新的諾貝爾獎又會誕生。