s速度应该像一个装满快艇的湖一样被以光速向各个方向冲来的引力波所纵横交错。这是因为任何加速度，任何质量，都会产生引力波。当你的手臂在空气中急速移动时，你发射的引力波将永远传播下去。地球绕太阳运行时会产生引力波。旋转或相互碰撞的黑洞也是如此。
每一个加速的质量都会产生一个信号，所有这些信号加在一起就会形成一个可检测的背景。
那么它在哪里呢?多年来，科学家们一直试图调谐到静止的引力波背景噪音的嗡嗡声。一项使用遥远脉冲星计时的实验已经进行了十多年，旨在寻找由超大质量黑洞对造成的部分背景。但他们一点也没听到。
然后，在今年年初，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）实现了对单个引力波事件的积极探测，该事件是由较轻的恒星质量黑洞合并而成。脉冲星计时实验中更微妙的任务和他们对背景的搜索似乎被淹没了。毕竟，它们产生了一个空结果。
但有时沉默能说明问题。
G重力波有不同的频率，就像光波一样。它们的频率是基于它们在一年长的轨道上运动的物体，不管它们的质量如何，都会产生相同频率的波（尽管较轻的物体会产生较低振幅的波）。
有些引力波源非常强，而且距离很近，科学家们可以捕捉到单个事件，比如今年2月他们在LIGO上探测到的200赫兹频率的“啁啾”，这是两个质量约为太阳30倍的黑洞合并为一个时发生的。另一些则是遥远的，很难单独解决——比如近轨道的、注定要合并的超大质量黑洞对，这些黑洞可能比太阳大数十亿倍，通常在数十亿光年之外。总的来说，后者应该会以比LIGO能接收到的低得多的频率产生一个恒定的背景。
“假设引力波背景像海洋表面，我们在地球上的船上。”
1967年夏天，天文学家Jocelyn Bell第一次看到了这个信号，这个信号将为科学家提供在这种背景下倾听所需的工具。她一直在用射电望远镜搜寻遥远的星系，这时她的数据中出现了一个高于基线噪声的尖峰，即每1.3秒出现一次无线电波脉冲。心电图上看起来像是稳定的心跳。她被经常发生的事弄糊涂了闪点闪点闪点闪点当然。她所知道的唯一能产生如此快速、可靠信号的物体是人造的。她和她的顾问安东尼·休伊什半开玩笑地说他们在看外星人的信息，并将无线电波的来源命名为“小绿人1号”
然而，天文学家很快发现，这个信号来自一个几乎和外星人一样奇怪的东西——一颗中子星，一颗城市大小的恒星，主要由超新星爆发后留下的破碎的近距离中子组成。在贝尔发现她的奇怪信号的前后，两位天文学家弗朗哥·帕西尼（Franco Pacini）和托马斯·戈尔德（Thomas Gold）指出，一颗被磁场包围的旋转中子星可能会发出辐射（尽管直到今天，科学家还无法解释其原因的所有细节）。Gold将此与Bell的发现联系在一起，解释了自旋如何周期性地将一束辐射指向地球，在我们的望远镜上产生脉冲。
中子星每秒可以旋转数百次，同时将光束扫过太空。如果这些光束恰好与地球对齐，它们就会像遥远的灯塔一样短暂地照亮我们的星球。1968年，科学家们发现了第二个脉冲源，这一联系得到了证实:它位于蟹状星云的中部，蟹状星云是超新星爆炸后留下的气体。
脉冲星时钟非常可靠。因为它们是如此稠密，如此球形，并且有如此多的自旋动量，几乎没有什么能改变它们的旋转速度。他们的灯塔扫描的时间非常恒定，因此被称为“自然界最好的时钟”。最精确的也是最快的，被称为毫秒脉冲星，它们的旋转速度每年只有几皮秒。相比之下，有史以来最精确的原子钟每年损失约66皮秒。
到1979年，天文学家们意识到，他们——或者说，将来有更好的望远镜的人——可以利用这些奇怪的、超精确的时钟来探测引力波。佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的Steven Detweiler和莫斯科国立大学的Mikhail Vasilievich Sazhin分别发现，如果引力波经过脉冲星或地球，脉冲星辐射到达地球的时间将会改变。天文学家不会得到滴答滴答以他们期望的超常规间隔。
“如果引力波穿过脉冲星，它会改变到脉冲星的有效距离，使其前后摇晃，”摩根敦西弗吉尼亚大学的莫拉·麦克劳克林说，他也是北美引力波毫赫兹天文台(NANOGrav)的前主席。这就改变了排放的路程和到达地球的时间。如果波穿过地球，也会发生同样的事情。
对于数百亿太阳质量的一对数亿光年之外的超大质量黑洞来说，一颗毫秒脉冲星的脉冲到达时间将改变微秒。但大多数这样的双星预计会离得更远，质量也会更小，而且偏移量只有几十纳秒或更小。在Detweiler和Sahzin的时代，望远镜仪器无法如此快速地获取和转储数据；计算机无法存储和处理TB级的输出；还没有人发现任何毫秒脉冲星。他们还需要别的东西。
我1982年，喷气推进实验室的罗纳德·海林斯和加州理工学院的乔治·唐斯在帕萨迪纳取得了突破:他们建议科学家们同时观测大量脉冲星，并利用它们的晚到和早到的集合来一次性检测整个嘈杂的引力波背景，而不是单个的扰动。他们模拟了在宇宙中嗡嗡作响的静态背景如何在一群脉冲星的光点中出现，科学家后来称之为“脉冲星计时阵列”。
帕萨迪纳加州理工学院的Chiara Mingarelli建议，试着把它描绘出来。“你可以把引力波背景想象成海洋表面，”她说。“我们在地球上的一艘船上，在这片引力波的海洋中上下浮动。”
脉冲星也是如此，但它们在海里的波动看起来就像纯粹的噪音，麦克劳克林说，“因为它们都发生在不同的时间，因此不相关。”
它不仅可以像LIGO探测那样描述单个物体，还可以描述整个星系群的形成和演化。
但是从地球上蹦出来的声音，虽然很嘈杂，却有一定的结构。这就是海林斯和唐斯所描绘的结构。当引力波使地球摆动时，它们会改变闪光的到达全部的同时也是脉冲星。引力波向一个方向挤压，压缩时空，而向另一个方向拉伸，扩展时空。想象一下，沿着南北线，空间是浓缩的。与此同时，东西向扩张。在我们天空的北部方向的两个脉冲星在它们的光点的时间上会显示出相似的加速，而在东部方向的两个脉冲星会有相似的减速。
Hellings和Downs展示了这些晚到和早到的脉冲星应该如何与遍布天空的脉冲星相匹配。利用他们预测的信号和一系列脉冲星，科学家们能够获得对单个脉冲星的敏感度。海林斯-唐斯曲线，现在被称为标志性信号，仍然是天文学家今天所寻找的。然而，在Hellings和Downs完成他们的工作时，这项技术还不够好，天文学家还没有发现任何超精密毫秒脉冲星。“没有办法，”麦克劳克林说。他们需要将他们的技术埋藏在一个时间胶囊中，以备将来发现。
但他们也意识到了新科学的潜力。没有人接近于直接探测引力波，LIGO在未来12年内将无法获得第一笔资金。脉冲星天文学家试图成为第一个毫无疑问地证明引力波存在的人。除此之外，他们还可以利用这些引力波来了解宇宙是如何形成的。他们知道如何对信号敏感，他们知道计算机将赶上项目所需的处理速度。
在整个80年代和90年代，人们继续对引力波的背景进行研究。麦克劳克林说:“但他们并没有全力以赴，因为我们还没有达到能够真正进行探测的水平。”
挑战科学家重新考虑他们关于星系形成的概念可能会带来有趣的新科学。
但随着时间的推移，望远镜仪器获得了更多的处理能力。新的脉冲星堆积起来。虽然天文学家在20世纪80年代只发现了4颗毫秒脉冲星，但在20世纪90年代又发现了31颗，2000年至2010年间又发现了65颗。从那时起，他们已经发现了150个，使总数达到250个。
2005年，澳大利亚国家望远镜设施的迪克·曼彻斯特决定采取行动。他和他的同事建立了第一个对背景引力波的脉冲星搜索：帕克斯脉冲星定时阵列。研究小组使用位于新南威尔士州的209英尺帕克斯望远镜（通常有羊在其碟下蜿蜒），开始了搜寻。他们从20颗最精确的脉冲星上收集了一个又一个脉冲，像机场出发/到达屏幕一样观察它们，搜索海林斯-唐斯曲线。
同年晚些时候，天文学家在更远的北方组成了欧洲脉冲星计时阵列(European Pulsar Timing Array)，在德国Effelsberg用五个不同的望远镜捕捉脉冲星无线电波;英国柴郡;Nancay、法国;Pranu Sanguni、意大利;以及荷兰的韦斯特博克。每颗脉冲星的直径都在210到330英尺之间，直到今天它们仍在运行，与18颗高精度脉冲星保持同步。因为一天只有24小时，而且大多数望远镜并不是一直都是脉冲星，有更多的望远镜参与进来可以让天文学家通过仪器进行更多的观测。
在美国，脉冲星天文学家是幕后推手，但他们有一个秘密武器。对于望远镜来说，越大越好。就像美国的汽水一样，美国的望远镜也胜过了竞争对手。美国天文学家可以使用波多黎各的阿雷西博望远镜(Arecibo Telescope)，直径1000英尺，西弗吉尼亚州的格林班克望远镜(Green Bank Telescope)，直径328英尺，相比之下欧洲的330英尺和澳大利亚唯一的209英尺碟形望远镜。
美国国家射电天文台(Green Bank Telescope)的负责人弗雷德·罗(Fred Lo)希望利用这种尺寸差异。2008年，他召集了一群在他的天文台工作或使用过他的天文台的著名脉冲星科学家，比如麦克劳克林、西弗吉尼亚大学(West Virginia University)的邓肯·洛里默(Duncan Lorimer)和天文台科学家斯科特·兰塞姆(Scott Ransom)。每个科学家都在各自的项目上工作，在他们自己最喜欢的脉冲星上凿凿。他把他们联系起来，告诉他们一起行动，开始合作，加入寻找引力波背景的行列。
“当时我们选择了一个缩写词，”麦克劳克林继续说。“当然是最重要的部分。”他们称自己为NANOGrav，为北美纳赫兹引力波天文台工作。
三个小组中的每一个都从他们最熟悉的望远镜中收集和分析数据，这是由于他们的地理位置接近和联邦资金来源。但他们都知道，如果他们结合他们的工作，他们将有更好的机会更快地感知海浪。这三个小组在2009年联合起来形成了一个网络网络：国际脉冲星定时阵列（IPTA）。使用39个最好的脉冲星，他们开始工作。如今，这一名单已增至约100人。虽然pulsar的精确派团体之间存在一些竞争，但共享数据的科学利益大于成本。麦克劳克林说：“有些人真的想成为做这件事并获得荣誉的人，但我认为那只是一小部分人。”。“几乎所有人都承认，第一次检测将来自IPTA数据。”
不过，从某种意义上说，NANOGrav已经产生了新的科学，即使没有记录一点信号。
W没有得到广泛认可的是，脉冲星定时阵列实验的沉默是继“我们发现了它们！”或“我们没有发现它们！”之后的第一批科学——这是几十年来引力波实验工作的成果。这就是为什么当LIGO的发现如此之大以至于其他研究似乎都不重要时，麦克劳克林会感到不安。她说：“我听过好几个人说，‘你们现在打算放弃吗？’。“我说，‘不，这不是重点。’”
因为nanogravv正在寻找的引力背景噪声将来自于整个超大质量黑洞群体，它将不仅描述单个物体——就像LIGO探测到的那样——而且还描述整个星系群体的形成和演化。因此，信号的大小反映了我们宇宙的一些基本特征。
为了估计这个信号的大小，科学家们使用了宇宙中有多少双超大质量黑洞的模型，它们有多大，它们围绕彼此旋转的速度有多快，以及它们在哪里。这些估计反映了对星系如何形成、它们如何随时间变化以及它们如何变大的最新理解。结论是，如果他们用5到10年的时间监测大约20颗脉冲星，它们的灵敏度应该足以听到纳赫兹重力背景的嗡嗡声。当阵列启动11年后，他们仍然一无所获时，他们有效地认识到，一些最初的假设是错误的。这三个团队在2015年都估计，实际的噪声幅度至少要比他们最初估计的低10倍。
这种预期信号强度的降低是一种反新闻，与LIGO的历史探测相反。但挑战科学家重新考虑他们的星系形成和进化的概念可能会带来有趣的新科学。也许在星系中心有大黑洞的星系比科学家认为的要少——现在科学家认为几乎所有的实体(非矮星系)都有。也许星系合并的频率比估计的要低。(Mingarelli说，现在他们正试图弄清楚“更少”到底是什么意思。)或者，两个黑洞第一次相遇和合并之间的时间并不完全符合理论家们发展出来的方程。也有可能是大多数黑洞合并在黑洞足够接近发出膨胀的(可检测到的)引力波之前就停止了，这两个黑洞只是不停地绕着对方旋转，永远不会合并。又或者，科学家们一直以来对超大质量黑洞的测量都是错误的，它们比以前想象的要小，所以它们的波也更小。现在，所有这些情况都有可能发生。
当然，目标仍然是进行实际检测。根据他们九年数据集的新计算，NANOGrav估计他们将在未来五到十年内达到最终听到静电所需的灵敏度。在他们最新的论文中，他们的敏感性估计包括每年增加四个新的超稳定脉冲星，使它们从54个增加到大约100个。“我认为脉冲星计时在人员、技术和分析方面已经准备就绪，”LIGO合作组织成员、加州理工学院客座研究员、喷气推进实验室的研究科学家米歇尔·瓦利斯内里（Michele Vallisneri）说。但是，他警告说，也有可能是“大自然让我们的目标比我们想象的要远。”
探测时间还取决于一些更实际的东西:资金。麦克劳克林说:“如果我们失去了绿岸望远镜或阿雷西博望远镜中的任何一个，探测的时间就会推迟几年……如果两者都失去，可能就永远失去了。”美国国家科学基金会(National Science Foundation)将在2017年或2018年停止资助绿色银行，该天文台正在寻求私人伙伴关系。多年来，阿雷西博天文台一直面临关闭的威胁——包括今年夏天，帕克斯天文台也面临关闭的威胁——但两架望远镜仍然开放。到目前为止，欧洲的银行是安全的。
Vallisneri说，无论发生什么情况，NANOGrav都将成为补充LIGO最初发现的多种仪器的一个例子。正如他所说，“伽利略第一次看到木星的卫星和金星的相位后，天文学家并没有停止观察。”
萨拉·斯科尔斯(Sarah Scoles)是科罗拉多州丹佛市的一名作家，也是网站的撰稿人《连线》杂志的科学。
铅光聚集体由ESO/G.Bono&CTIO和Pixabay的图像创建
