連續(xù)引力波應(yīng)該更容易被探測到，因為跟來自緊湊物體碰撞的信號相比，它們的持續(xù)時間要長很多。連續(xù)波的一個可能來源是中子星，它是大質(zhì)量恒星的超新星爆炸后留下的恒星“尸體”。在最初的爆炸之后，恒星向自身坍縮，然后將原子壓成一個被稱為“中子”的超密集亞原子粒子球--因此被稱為“中子星”。由于連續(xù)波信號跟中子星的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，于是使用更多的常規(guī)望遠鏡對自旋頻率進行精確測量將大大增加探測這些難以捉摸的波的機會。

在最近的一項研究中，由來自莫納什大學的OzGrav博士生Shanika Galaudage領(lǐng)導的研究團隊試圖確定中子星的旋轉(zhuǎn)頻率，以此來幫助探測連續(xù)引力波。

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連續(xù)引力波的可能來源

在這項研究中，科學家假設(shè)連續(xù)引力波間接來自于物質(zhì)從低質(zhì)量伴星逐漸積累到中子星上--這些由中子星和伴星組成的雙星系統(tǒng)被稱為低質(zhì)量X射線雙星（LMXBs）。

如果中子星能保持一個累積的物質(zhì)“山”，（即使只有幾厘米高），那么它也將產(chǎn)生連續(xù)的波。這些波的頻率跟中子星的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。積累這種物質(zhì)的速度越快，“山”就越大，產(chǎn)生更大的連續(xù)波。積累這種物質(zhì)越快的系統(tǒng)在X射線光下也就越亮。因此，最亮的LMXBs是最有希望探測到連續(xù)波的目標。

Scorpius X-1 （Sco X-1）和Cygnus X-1（Cyg X-2）是兩個最亮的LMXB系統(tǒng)--跟太陽相比，Sco X-1的X射線亮度排名第二。除了它們的極端亮度之外，科學家們還對這兩個LMXB系統(tǒng)有很多了解，這使它們成為研究連續(xù)波的理想來源。但它們的自旋頻率仍是未知的。

研究負責人Shanika Galaudage說道：“我們可以確定這些中子星旋轉(zhuǎn)速度的一個方法是通過搜索X射線脈。來自中子星的X射線脈沖就像宇宙的燈塔。如果我們能確定脈沖的時間，我們將立即能揭示它們的旋轉(zhuǎn)頻率并更接近于探測到連續(xù)的引力波信號?！?/p>

“Sco X-1是我們對連續(xù)引力波進行首次探測的最佳前景之一，但這是一個非常困難的數(shù)據(jù)分析問題，”來自澳大利亞國立大學的OzGrav研究員和論文共同作者Karl Wette說道，“在X射線數(shù)據(jù)中找到一個自旋頻率就像在引力波數(shù)據(jù)上照出一個聚光燈?！@里，這是我們應(yīng)該尋找的地方’。然后，Sco X-1將成為探測連續(xù)引力波的紅人。”

搜索X射線脈動

研究小組對Sco X-1和Cyg X-2的X射線脈沖進行了搜索。他們處理了由Rossi X-ray Timing Explorer儀器收集的超1000小時的X射線數(shù)據(jù)。這項搜索在OzSTAR超級計算機上總共使用了大約500小時的計算時間。

然而遺憾的是，這項研究沒有發(fā)現(xiàn)來自這些LMXB源的脈動的任何明確證據(jù)。這可能有很多原因：LMXB可能有弱的磁場，其力量不足以支持可探測的脈沖；也可能是脈沖隨著時間的推移而出現(xiàn)和消失，這將使它們難以被探測到。就Sco X-1而言，它可能是一個黑洞，所以不應(yīng)期望它產(chǎn)生X射線脈動。

這項研究確實找到了這些X射線脈動如果真的發(fā)生會有多亮的最佳限制，但這些結(jié)果也可能意味著中子星在其強大的引力下無法維持物質(zhì)山。未來的研究可以通過采用更好的搜索技術(shù)和更敏感的數(shù)據(jù)從而在這項研究的基礎(chǔ)上更進一步。