時空漣漪將指引通往隱藏世界之路

作者: Uliana S

一顆行星的存在如何改變彼此緊密繞行的白矮星所發出的重力波訊號。NASA's Goddard Space Flight Center.

在銀河系無邊無際的黑暗中,兩顆微小卻密度驚人的恆星以瘋狂的速度彼此環繞。它們的軌道週期以分鐘計。這些白矮星——曾經明亮太陽的冷卻核心——不斷扭曲時空的結構,產生微弱卻穩定的漣漪,向四面八方擴散。天文學家早已知道:未來的太空觀測站 LISA 將能聽見這些訊號。如今又發現了更令人驚奇的事。若有行星繞著這樣一對恆星運行,它的存在會在波中留下細微卻可辨認的印記。

兩篇於2026年10月發表在期刊 The Astrophysical Journal上的論文,詳細描述了這一切如何運作。第一篇由馬里蘭大學與 NASA 戈達德太空飛行中心的博士後研究員凱西·麥格拉思撰寫。第二篇則是麥格拉思、密西根大學的瑪麗·安·林巴赫、戈達德的史考特·諾布爾與文森特·科夫曼合作的成果。這個構想早在2008年便由日本天文學家瀨戶直樹提出,但直到現在才以所需的精確度完成計算。

其機制類似於經典的徑向速度法——透過恆星的擺動來發現系外行星。只不過這裡用的不是光,而是重力波。雙白矮星本身會發出近乎單色的訊號——一個純淨的「載波」頻率。行星則使整個系統輕微擺動。這種運動增添了都卜勒調變:主頻率旁會出現邊帶,就像無線電通訊中那樣。遙遠世界的信息就藏在這些「訊息」之中。LISA 能夠捕捉到數千光年之外、質量如木星般的行星。

銀河系中約有一千萬對這類週期短於一小時的緊密白矮星對。由歐洲太空總署與 NASA 籌備、預計於2030年代中期發射的 LISA,應能分辨出大約一萬個獨立系統。目前尚未在雙白矮星周圍發現任何行星。任何一項發現都將開啟一個全新的族群。

為了將真正的行星與虛假訊號區分開來,科學家提出以詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行確認。白矮星周圍的行星會產生紅外線輻射過剩,韋伯望遠鏡的儀器能在數百光年之外察覺到。在針對類似已知 ZTF J2243+5242 系統的測試計算中,LISA 探測到一個略小於木星的物體,而韋伯則發現了一顆約為五個木星質量的行星。

LISA 的三個探測器將排列成邊長2,5百萬公里的等邊三角形。雷射光束將測量小於氦原子直徑的距離變化。這些微小的振動將成為遙遠世界的聲音。

重力波不受任何阻礙。它們穿過塵埃、氣體與整個星團,攜帶著普通光線所隱藏的信息。這正是它們的力量所在:它們揭示宇宙的本來面目——由無形的絲線相連,即使逐漸黯淡的恆星仍持續創造世界,而時空則保存著它們的痕跡。我們生活在這樣一個宇宙中:每一次運動,即使再遙遠,都會留下痕跡,而人類正學習如何讀懂這些痕跡。

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來源

  • NASA Science

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