上海交通大学李政道研究所科研团队在引力波研究领域取得重要进展。该团队青年学者陈一帆带领的研究小组，通过脉冲星计时阵列技术，对银河系内毫秒脉冲星信号的到达时间进行长期精密监测，成功探测到纳赫兹频段的引力波信号，并从观测数据中直接获取了星系中心物质分布的关键信息。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然·天文学》。
纳赫兹频段的引力波主要源于超大质量黑洞双星系统的演化过程。当两个超大质量黑洞缓慢绕转并逐渐靠近时，会产生这种低频引力波。研究团队通过分析脉冲星计时阵列的能谱数据发现，引力波背景的整体特征与超大质量黑洞双星的理论预期相符，但在最低频段出现了与传统模型轻微偏离的现象。这一异常现象表明，黑洞双星的轨道演化可能受到周围环境因素的显著影响。
科研人员深入研究了黑洞双星周围恒星和暗物质环境对其轨道演化的作用机制。在星系中心区域，恒星或暗物质粒子与黑洞双星发生引力相互作用时，部分粒子会被抛射出去，这一过程会带走双星的轨道能量，进而改变星系中心的物质分布结构。这种能量转移不仅会加速黑洞的并合进程，还会在引力波背景的频谱特征中留下可观测的印记。
研究团队构建了包含环境效应和黑洞轨道偏心率演化的统一模型，并将理论预测与北美纳赫兹引力波天文台合作组15年的观测数据进行系统对比。分析结果显示，引力波数据能够为星系中心物质密度提供有意义的约束，其推断的物质密度范围与银河系及邻近星系M87中心区域的恒星分布观测结果一致。研究还发现，星系中心环境对黑洞演化的影响与黑洞双星具有较大偏心率的椭圆轨道会产生相似的观测效应，这增加了直接区分两种因素的难度。
为确保结论的可靠性，研究团队对多种模型假设进行了系统性测试。结果显示，无论采用何种合理的参数化方法，推断得到的物质密度尺度都保持稳定。这表明当前研究已经证实引力波观测能够携带关于星系中心环境的可测量信息，展示了引力波天文学在探测星系物质分布方面的新潜力。随着脉冲星计时阵列观测时间的延长，以及中国天眼等新一代射电望远镜的加入，未来引力波数据的灵敏度将显著提升，有望更精确地分辨不同环境效应的影响。
