揭秘宇宙最强引力波源：脉冲星与白矮星的双星系统

揭秘宇宙最强引力波源：脉冲星与白矮星的双星系统

2024年11月，中国天眼FAST宣布发现脉冲星数量突破1000颗，其中就包括大量毫秒脉冲星和脉冲星双星。这一发现不仅丰富了脉冲星的种类和数量，更为研究引力波提供了新的线索。

1916年，爱因斯坦基于广义相对论首次预言了引力波的存在。引力波是时空曲率的扰动以波的形式在时空中传播，可以被形象地描述为时空的涟漪。与电磁波类似，引力波在真空中以光速传播，但其极化模式与电磁波有本质不同。引力波的两个极化模式由测地线偏离方程描述，能够引起空间的拉伸和压缩。

脉冲星是中等质量恒星坍缩的产物，具有极高的密度、磁场和自旋速度。它们像灯塔一样旋转，并稳定地发射电磁波，因此被誉为“宇宙中的灯塔”。脉冲星双星系统由两颗脉冲星组成，它们在引力作用下相互绕行，是宇宙中最精确的天然时钟之一。

中国天眼FAST发现的脉冲星双星系统中，有一对轨道周期最短的脉冲星双星，它们的绕转速度极快，释放出强大的引力波。这些引力波以光速传播，携带着双星系统质量分布和运动状态的信息。通过精确测量脉冲星信号到达地球的时间，科学家可以检测到引力波引起的微小时间延迟，从而验证广义相对论的预测。

白矮星是低质量恒星演化的最终阶段，而热亚矮星是一种体积较小、温度较高的恒星。当这两者组成双星系统时，它们的绕转速度可以非常快，成为潜在的引力波源。

最近，科学家发现了一个由白矮星和热亚矮星组成的双星系统，其绕转周期仅为几分钟。这种极端的快速绕转使得系统损失大量能量，这些能量以引力波的形式向空间传播。虽然这种引力波信号目前还难以直接探测，但未来的空间引力波天文台有望捕捉到这些微弱的信号。

中国科学院国家天文台提出了新型的引力波探测构型——四面体星座引力波天文台（TEGO）。与传统的LISA等三角形平面结构不同，TEGO由四个卫星组成三维四面体结构，能够同时对六种引力波极化模式敏感。这种创新设计不仅提高了探测灵敏度，还为研究超出广义相对论预测的引力波模式提供了可能。

随着技术的进步和探测能力的提升，脉冲星双星系统和白矮星-热亚矮星双星系统将成为未来引力波探测的重要目标。这些发现不仅验证了广义相对论的预测，还为理解宇宙的起源和演化提供了新的线索。正如清华大学教授徐仁新所说：“我们看到，‘中国脉冲星计时阵’团队得到了置信度最好的、反映纳赫兹引力波存在的证据。”