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研究人员终于成功地“聆听”到了来自宇宙结构本身的引力波，这首宇宙交响曲承载着太空最早时代的信息。北美纳赫兹引力波天文台揭示了低频引力波的探测结果，为持续15年的搜寻工作带来了突破性的进展，这次引力波的发现无疑是天文学界的重大事件。
引力波的定义
在1915年，爱因斯坦提出了引力的理论，即广义相对论，这一理论指出，具有质量的物体会扭曲空间和时间的结构，从而产生引力效应。广义相对论还揭示了一个重要结果，即物体的加速会在时空中激发出扩散的涟漪。
这些涟漪就被称为引力波，它们是由引力辐射所引发的。当物体的加速度与超大质量黑洞或中子星等巨大物体相互作用时，这种引力波效应将变得更加显著，但不一定更容易被观测到。
引力波和电磁辐射有一定的相似性，它们都具有一定的频率范围，高频引力波的波长较短，与此同时能量较高，而低频引力波则相反。不过，低频长波引力波是一个例外，它也有很长的峰值周期，即波的一个峰值通过设定点到下一个峰值通过该点所需的时间。
引力波的探测对于理解宇宙和测试广义相对论的预测非常重要，事实上，相对于光来说，引力才是探测宇宙最有力的手段。为此，科学家们通过使用先进的激光干涉仪、射电望远镜和其他技术设备来探测引力波，也为研究黑洞、中子星等天体提供了全新的手段。
不同类型的引力波
并非所有引力波都是一样的，理论上讲，每个加速的物理物体都会产生引力波，包括人类、汽车、飞机等。但是地球上物体的质量和加速度太小，不足以使引力波大到足以用我们的仪器探测到。为了找到足够大的引力波，我们必须把目光投向太阳系之外很远的地方。
天文学家根据产生引力波的物体或系统定义了四类引力波，分别是连续引力波、紧凑二元螺旋引力波、随机引力波和突发引力波，基本上每一类天体都会产生一组特征性的引力波信号。
连续的引力波一般是由单个旋转的大质量物体，如中子星产生的，因为如果一颗恒星的自转速率保持恒定，那么它发出的引力波也会保持恒定。紧凑型二元螺旋引力波是人类寻找的重点引力波之一，它也被称为致密双星螺旋引力波，是由绕轨道运行的成对大质量致密天体产生的。
天文学家还认为宇宙中有很小的引力波随机从宇宙各处经过，并且它们随机混合在一起，这些来自各个方向的小波构成了所谓的“随机信号”，也就是随机引力波。另外就是寻找“爆发引力波”，这是一直未被找到的一种引力波，因此这种引力波仍存在很多未知因素。
低频引力波有何研究价值？
一般来说，只有质量较大的物体才会产生频率较低的引力波。举例来说，星系中心的超大质量黑洞双星被认为是宇宙中质量最大的天体之一，其质量可能是太阳质量的数亿到数千亿倍。这种系统主要会产生纳赫兹波段的低频引力波，其信号的时间尺度通常在几年到几十年之间。
因此，在宇宙观测中利用纳赫兹引力波对于研究当代天体物理学的关键问题至关重要，其中包括研究超大质量黑洞的形成机制，了解星系合并的历史以及揭示宇宙中大规模结构形成的过程。
尽管低频的纳赫兹引力波的探测能够提供关于宇宙中重要天体和宇宙结构的宝贵信息，但是对低频的纳赫兹引力波的探测是非常具有挑战性的，这正是因为它们的频率极低，相应的频率活动周期可能长达数年，波长也可达数光年。
天文学家想过很多办法去对这种引力波进行探测、追踪和研究。结论是，对具有极高旋转稳定性的毫秒脉冲星进行长期定时观测，是唯一已知的有效探测纳赫兹引力波的方法。
需要注意的是，脉冲星计时阵列对纳赫兹引力波的探测灵敏度强烈依赖于观测时间跨度，即灵敏度随着观测时间跨度的增加而快速增长。这是因为当引力波冲刷时空时，时空的压缩和拉伸都会对脉冲星的时间有明显的影响。
当引力波经过时，要么会减慢脉冲星的速度，要么加速脉冲星的速度。这导致这些脉冲星发出的光的到达时间存在非常微小的差异，由于影响很小，脉冲星计时阵列需要由许多广泛分散的脉冲星组成，而且这些它们必须被监测多年。
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