新發現找到宇宙中最大的黑洞，從木星開始由引力波尋找到最大黑洞

我們對我們在宇宙中位置的理解的革命始於1609年我們從用肉眼過渡到望遠鏡。四個世紀後，科學家們透過尋找引力波，正經歷著對黑洞認識的類似轉變

引力波

在搜尋以前未被發現的比太陽質量大數十億倍的黑洞時，美國航天局噴氣推進實驗室（JPL）物理學和天文學助理教授、前天文學家斯蒂芬·泰勒與北美奈米赫茲引力波觀測站（NANOGrav）合作，透過找到精確的位置——太陽系的重心——來測量存在這些黑洞的引力波，從而將研究領域向前推進。

黑洞是由極其扭曲的時空形成的純重力區域。找到宇宙中潛伏在星系中心最巨大的黑洞將有助於我們瞭解這些星系（包括我們自己的星系）自形成以來的數十億年是如何成長和進化的。這些黑洞也是測試物理學基本假設的無與倫比的實驗室。

引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的時空波紋。當黑洞成對地環繞彼此時，它們會輻射引力波，使時空變形、拉伸和擠壓空間。2015年，鐳射干涉儀引力波觀測站（LIGO）首次探測到引力波，為宇宙中最極端的物體開闢了新的視野。雖然LIGO透過尋找4公里長的探測器形狀的變化來觀察相對較短的引力波，但國家科學基金會（NSF）物理前沿中心NANOGrav則尋找我們整個星系形狀的變化。

泰勒和他的團隊正在尋找脈衝星無線電波定期閃爍到達率的變化。這些脈衝星正在迅速旋轉中子星，有些像廚房攪拌機一樣快。他們還發出無線電波束，當這些光束橫掃地球時，它們就像星際燈塔一樣。超過15年的資料表明，這些脈衝星的脈衝到達率非常可靠，作為傑出的星系時鐘。任何與這些脈衝星相關的時序偏差都可能預示著引力波扭曲我們銀河系的影響。

“利用我們在銀河系中觀察到的脈衝星，我們試影象一隻蜘蛛一樣，靜靜地坐在網中間。”當我們試圖感知網路上最小的一絲時，我們對太陽系的巴里中心瞭解得有多重要。太陽系的中心，它的重心，是所有行星，衛星和小行星質量平衡的位置。

我們的網路中心在哪裡，在我們的太陽系中絕對靜止的位置？不是像許多人可能想象的那樣在太陽的中心，而是它更接近恆星的表面。這是由於木星的質量和我們不完善的軌道知識。木星繞太陽執行需要12年時間，距離NANOGrav收集資料的15年還小。JPL的伽利略探測器在1995年至2003年間對木星進行了研究，但經歷了技術故障，影響了在任務期間測量的質量。

識別太陽系的重力中心早就已經用多普勒跟蹤的資料來計算，以估計環繞太陽的天體的位置和軌跡。JPL天文學家解釋道：“關鍵是，質量和軌道中的誤差將轉化為脈衝星定時神器，這些神器很可能看起來像引力波。

泰勒和他的合作者發現，利用現有的太陽系模型來分析NANOGrav資料的結果是不一致的。JPL天文學家和論文的主要作者米歇爾·瓦利斯內裡指出：”我們在太陽系模型之間的引力波搜尋中沒有發現任何顯著的東西，但我們的計算系統差異很大。通常，更多的資料可提供更精確的結果，但我們的計算中始終存在偏移。

該小組決定在探測引力波的同時尋找太陽系的重心。研究人員在發現引力波時得到了更有力的答案，並且能夠更準確地將太陽系的引力中心定位到100米以內。要理解這個尺度，如果太陽是足球場那麼大，100米是一縷頭髮的直徑。泰勒說：“我們對分散在銀河系的脈衝星的精確觀測，已經使自己在宇宙中的定位比以往任何時候都好。”透過這樣發現引力波，除了其他實驗之外，我們還對宇宙中各種不同種類的黑洞進行了更全面的概述。

隨著NANOGrav繼續收集越來越豐富和精確的脈衝星時序資料，天文學家們相信，巨大的黑洞將很快和毫不含糊地出現在資料中