中科院國家天文臺供圖

“中國天眼”（FAST）再度迎來重大突破。利用FAST觀測數據，我國脈沖星測時陣列（CPTA）研究團隊發現納赫茲引力波存在的關鍵證據，表明我國納赫茲引力波研究與國際同步達到領先水平。相關研究成果6月29日在線發表于《天文與天體物理研究》。

什么是納赫茲引力波

(相關資料圖)

納赫茲引力波是引力波的一種，是宇宙中一種極低頻擾動，其頻率為10的負9次方赫茲。納赫茲引力波由于頻率極低、周期長達數年，其波長可達數光年，對它的探測十分具有挑戰性。

中國科學院院士、中國科學院國家天文臺臺長常進指出，納赫茲引力波主要是為人類打開了觀測宇宙的一個重要“窗口”，肯定會有許多物理上的重大發現。用納赫茲引力波，科研人員可以研究宇宙的超大質量天體，像黑洞、超大質量黑洞，星系的形成、演化、合并，還有宇宙早期的結構等。這些都是天體物理的重大科學問題。

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引力波成果動畫。來源：央視新聞

40年前理論預言被成功驗證

利用大型射電望遠鏡對一批自轉極其規律的毫秒脈沖星進行長期測時觀測，是目前唯一能夠探測納赫茲引力波的手段。

“超大質量天體運動產生的引力波會擾動整個時空，也會改變脈沖星到達地球的時間信號，對這些信號進行比較就可以判斷是不是引力波。”論文通訊作者、國家天文臺/北京大學研究員李柯伽介紹該研究的基本原理。

早在1983年，天文學家曾提出理論預言，“四極相關信號”是引力波的特征證據。而隨著射電天文學的長足發展，基于這一原理尋找納赫茲引力波逐漸成為科學界競賽的焦點之一。

利用FAST，CPTA研究團隊只用了3年5個月就達成目標。他們圍繞57顆脈沖星的相關數據，自主開發獨立軟件進行數據分析。最終，在“4.6西格瑪置信度”水平上發現了具有納赫茲引力波特征的四極相關信號的證據，誤報率小于五十萬分之一，成功驗證了40年前的理論預言。

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來源：央視新聞

各國天文學家關注納赫茲引力波探測

1916年，愛因斯坦基于廣義相對論預言了引力波的存在。2016年，美國激光干涉引力波天文臺宣布在百赫茲頻段探測到恒星級質量雙黑洞并合產生的引力波，并因此獲得了2017年諾貝爾物理學獎。更大質量的天體產生的引力波頻率更低。例如，宇宙中質量最大的天體，星系中心的超大質量雙黑洞系統繞轉產生的引力波主要集中在納赫茲頻段。在這個頻段內，甚至還有宇宙早期原初引力波殘存至今的部分和宇宙弦產生的引力波。

幾十年來，各國天文學家一直在為探測神秘的引力波而努力。美國、歐洲、澳大利亞利用各自大型射電望遠鏡，已分別開展長達20年的納赫茲引力波搜尋，近期包括中國、印度、南非等新生力量也逐漸加入引力波探測領域，在中國最新發布“中國天眼”探測到納赫茲引力波存在關鍵證據的同時，國際上其他脈沖星測時陣列合作組，也分別宣布相類似的結果。

我國將建成納赫茲引力波天文臺

脈沖星測時陣探測納赫茲引力波的靈敏度強烈依賴于觀測時間跨度，即靈敏度隨著觀測時間跨度的增長而迅速增加。CPTA研究團隊面對觀測時間跨度遠短于美國、歐洲、澳大利亞三個國際團隊的不利局面，充分利用FAST靈敏度高、可監測脈沖星數目多、測量精度更高的優勢，長期系統地監測了一大批毫秒脈沖星，并自主開發獨立數據分析軟件，以數據精度、脈沖星數量和數據處理算法上的優勢彌補了時間跨度上的差距，使中國納赫茲引力波探測靈敏度很快達到與美、歐、澳相當的水平，從而同步實現此次重大科學突破。不過，受限于當前觀測數據較短的時間跨度，CPTA研究團隊暫時無法確定納赫茲波段引力波的主要物理來源，但這將隨著后續觀測數據時間跨度的增加而解決。

中科院國家天文臺表示，后續將充分發揮FAST脈沖星測時精度國際領先優勢，加快納赫茲引力波探測科研攻關，積累更長期的觀測數據，逐步發表更高精度的探測結果，打開人類利用納赫茲引力波探測宇宙的新窗口。

同時，該臺還將積極推進FAST擴展和升級，基于脈沖星測時陣列方法，實現納赫茲引力波事件的常規觀測，從而建成納赫茲引力波天文臺，并開啟更高靈敏度和更高分辨率的低頻射電觀測研究新紀元，將中國加快建設成為引力波天文和射電天文強國。

我國前瞻布局為引力波探測奠定基礎

中國最早在2002年開展初步的脈沖星測時陣前期調研。2016年6月，中科院對納赫茲引力波探測研究進行系統布局，部署了“多波段引力波宇宙研究”戰略性先導科技專項，2019年9月，中國天眼FAST還處于調試階段，中國脈沖星測時陣列研究團隊就聯合FAST調試工作組開始試觀測，盡可能早地為探測納赫茲引力波積累觀測數據。

2020年科技部通過平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）專項部署“脈沖星測時和檢驗引力理論”科研任務，利用FAST等國內射電望遠鏡組成望遠鏡陣列，開展陣列望遠鏡脈沖星測時和納赫茲引力波探測的預先研究。2020年國家自然科學基金委員會通過FAST專項重點部署“基于FAST的脈沖星前沿物理問題研究”，開展脈沖星物理特性和測時噪聲研究，進一步提高脈沖星測時精度。

此外，中科院國家天文臺10年來全力做好 FAST建設調試、開放運行和科學研究工作，已取得一系列具有國際影響力的重大成果。

來源：科技日報、央視新聞、中國科學報、中國新聞網

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