如何聆聽銀河系中心方向傳來的引力波“和聲”？

銀河系中心超大質(zhì)量黑洞周邊區(qū)域。NASA / UMass / Q.D. Wang / STScI

銀河系中心除了有一個超大質(zhì)量黑洞，很可能還存在一個由各種極端天體雙星系統(tǒng)，如黑洞、中子星和白矮星構(gòu)成的“黑暗森林”。所有組成這些雙星系統(tǒng)的天體都在回旋靠近，并在此過程中攪動時空釋放引力波。人類目前還探測不到這些引力波，但科學(xué)家們正在致力于發(fā)展新的技術(shù)，以及解讀這些信號的方法。

這是一種引力波低鳴。目前的引力波探測器只能探測到黑洞或中子星合并前最后一刻發(fā)出的短暫悲鳴。而這些天體在合并前較長一段時間內(nèi)會持續(xù)產(chǎn)生引力波。它們之中有很多是不對稱的，一個天體比另一個大很多，抑或二者的軌道呈狹長的橢圓形，這樣布局會導(dǎo)致它們釋放的引力波中出現(xiàn)規(guī)律性的漲落，而探測這樣的引力波可能會相對容易。

銀河系中心還存在另一種引力波源，即中子星或褐矮星在很近的軌道上環(huán)繞銀河系中心超大質(zhì)量黑洞運行時釋放出的引力波信號。這兩種引力波信號都有很高的科研價值。但是最新的研究顯示，這兩種信號極有可能發(fā)生重疊。未來如果我們探測到它們，得到的很可能不是清晰的“獨唱”，而是一種“和聲”。

研究人員稱，如果黑洞雙星系統(tǒng)的質(zhì)量低于或大于某個范圍，它們持續(xù)產(chǎn)生的引力波信號就更有可能被大量類似信號“淹沒”。但是這種“背景聲”有統(tǒng)計學(xué)特征。如果能夠運用高質(zhì)量的模型，就可以過濾掉雜音，從中獲得有價值的信號。與此同時也可以使用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，從噪音中提取有用的信號。而對于褐矮星雙星系統(tǒng)而言，超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的潮汐效應(yīng)可能會使之在射電波段上爆發(fā)耀斑。如此一來，科學(xué)家還可以通過“多信使觀測”，同時觀測其產(chǎn)生的電磁波和引力波，對其信號作進一步區(qū)分。

要想真正聆聽到從銀河系中心方向傳來的詭譎引力波和聲，可能至少還要再等待幾十年。但科學(xué)的認知不僅要面對觀測極限的挑戰(zhàn)。如何使用創(chuàng)新的手法對海量數(shù)據(jù)進行處理，也是需要解決的難題。

參考
A forest of gravitational waves in our Galactic Centre
https://arxiv.org/abs/2504.20147