連續(xù)引力波應(yīng)該更容易被探測(cè)到，因?yàn)楦鷣?lái)自緊湊物體碰撞的信號(hào)相比，它們的持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)很多。連續(xù)波的一個(gè)可能來(lái)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(gè)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(hào)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(yuǎn)鏡對(duì)自旋頻率進(jìn)行精確測(cè)量將大大增加探測(cè)這些難以捉摸的波的機(jī)會(huì)。

在最近的一項(xiàng)研究中，由來(lái)自莫納什大學(xué)的OzGrav博士生Shanika Galaudage領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)試圖確定中子星的旋轉(zhuǎn)頻率，以此來(lái)幫助探測(cè)連續(xù)引力波。

(資料圖片僅供參考)

連續(xù)引力波的可能來(lái)源

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家假設(shè)連續(xù)引力波間接來(lái)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(gè)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(cè)到連續(xù)波的目標(biāo)。

Scorpius X-1 （Sco X-1）和Cygnus X-1（Cyg X-2）是兩個(gè)最亮的LMXB系統(tǒng)--跟太陽(yáng)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(xué)家們還對(duì)這兩個(gè)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(lái)源。但它們的自旋頻率仍是未知的。

研究負(fù)責(zé)人Shanika Galaudage說(shuō)道：“我們可以確定這些中子星旋轉(zhuǎn)速度的一個(gè)方法是通過(guò)搜索X射線脈。來(lái)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(shí)間，我們將立即能揭示它們的旋轉(zhuǎn)頻率并更接近于探測(cè)到連續(xù)的引力波信號(hào)。”

“Sco X-1是我們對(duì)連續(xù)引力波進(jìn)行首次探測(cè)的最佳前景之一，但這是一個(gè)非常困難的數(shù)據(jù)分析問(wèn)題，”來(lái)自澳大利亞國(guó)立大學(xué)的OzGrav研究員和論文共同作者Karl Wette說(shuō)道，“在X射線數(shù)據(jù)中找到一個(gè)自旋頻率就像在引力波數(shù)據(jù)上照出一個(gè)聚光燈。‘這里，這是我們應(yīng)該尋找的地方’。然后，Sco X-1將成為探測(cè)連續(xù)引力波的紅人。”

搜索X射線脈動(dòng)

研究小組對(duì)Sco X-1和Cyg X-2的X射線脈沖進(jìn)行了搜索。他們處理了由Rossi X-ray Timing Explorer儀器收集的超1000小時(shí)的X射線數(shù)據(jù)。這項(xiàng)搜索在OzSTAR超級(jí)計(jì)算機(jī)上總共使用了大約500小時(shí)的計(jì)算時(shí)間。

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

這項(xiàng)研究確實(shí)找到了這些X射線脈動(dòng)如果真的發(fā)生會(huì)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(qiáng)大的引力下無(wú)法維持物質(zhì)山。未來(lái)的研究可以通過(guò)采用更好的搜索技術(shù)和更敏感的數(shù)據(jù)從而在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。