如何聆聽銀河系中心方向傳來的引力波“和聲”？

銀河系中心超大質量黑洞周邊區域。NASA / UMass / Q.D. Wang / STScI

銀河系中心除了有一個超大質量黑洞，很可能還存在一個由各種極端天體雙星系統，如黑洞、中子星和白矮星構成的“黑暗森林”。所有組成這些雙星系統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，但科學家們正在致力于發展新的技術，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出的短暫悲鳴。而這些天體在合并前較長一段時間內會持續產生引力波。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，這樣布局會導致它們釋放的引力波中出現規律性的漲落，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繞銀河系中心超大質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，如果黑洞雙星系統的質量低于或大于某個范圍，它們持續產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”有統計學特征。如果能夠運用高質量的模型，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習技術，從噪音中提取有用的信號。而對于褐矮星雙星系統而言，超大質量黑洞產生的潮汐效應可能會使之在射電波段上爆發耀斑。如此一來，科學家還可以通過“多信使觀測”，同時觀測其產生的電磁波和引力波，對其信號作進一步區分。

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。但科學的認知不僅要面對觀測極限的挑戰。如何使用創新的手法對海量數據進行處理，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