脉冲星计时阵:搜寻来自超大质量双黑洞的纳赫兹连续引力波
Abstract
脉冲星计时阵(PTA)利用毫秒脉冲星的超高精度计时特性,构建了一个银河系尺度的探测器,旨在开启纳赫兹引力波(GW)天文学的新纪元。这一独特的观测窗口使得我们能够研究宇宙中众多超大质量双黑洞(SMBBH)系统并合过程产生的随机引力波背景(SGWB),个别信号较强的SMBBH系统辐射的连续引力波(CGW),以及早期宇宙相变和宇宙弦所产生的引力波信号。探测和研究这些信号具有重大的科学意义:它们不仅直接揭示了星系并合与演化的历史,追踪了宇宙大质量黑洞的成长路径,而且为理解SMBBH的动力学行为(包括解决“最后秒差距问题”)提供了关键线索,并在强引力场条件下检验了广义相对论等基本物理理论。全球性的合作汇集了北美NANOGrav、欧洲EPTA、澳大利亚PPTA、印度InPTA以及南非MPTA等多个区域性阵列。这些阵列与中国的CPTA一道,共同致力于持续提升国际脉冲星计时阵IPTA的探测灵敏度。本综述将系统梳理这些主要国际 PTA 合作组织在搜寻纳赫兹SGWB信号,特别是近期出现的显著证据,以及探测来自单个SMBBH的CGW信号方面的最新进展、挑战与未来展望。