再獲世界級發現，中國天眼“看見”引力波蹤影！

據中國科學報，在一場20年前就開始的國際天文競賽中，中國科學家后發先至，僅用3年5個月就成功驗證40年前的理論預言——中國天眼FAST通過對57顆脈沖星的監測，首次“看見”了來自深遠宇宙的漣漪。

6月29日，由中國科學院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈沖星測時陣列（CPTA）研究團隊，利用FAST探測到“納赫茲引力波”存在的關鍵證據。相關論文在我國天文學術期刊《天文與天體物理研究（RAA）》在線發表。與此同時，來自歐洲-印度、美國、澳大利亞等國家和地區的另外3個國際團隊同步發表了各自獨立獲得并且相互印證的結果。

(相關資料圖)

“人類終于站在了期盼已久的納赫茲引力波觀測窗口前。”論文通訊作者、國家天文臺/北京大學研究員李柯伽和團隊為此感到自豪，“我們利用中國自主設計和建造的大科學裝置開展原創性研究，成果發表在中國本土的學術期刊上，我國在這一領域與國際同步達到領先水平。”

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。

據央視新聞，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。

利用類似于我國的500米口徑球面射電望遠鏡FAST這種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，是納赫茲引力波目前已知的唯一探測手段。

中國科學院國家天文臺研究員、北京大學研究員李柯伽介紹，實際上真正的引力波探測器是那些脈沖星，科研人員用大型的望遠鏡就是去讀這些脈沖星的信號，把這些脈沖星作為一個非常標準的“鐘”在用，讀這些“鐘”的信號，來獲取時間，來判斷空間怎么樣受到了引力波的影響。

超大質量黑洞并合“獨有預言”終于實現

據文匯報，自2016年引力波發現以來，目前全球范圍內的引力波探測有地面引力波、空間引力波、納赫茲引力波和極低頻引力波4個主要頻段，它們分別對應不同的物理過程，探測方式也不一樣。

在由無數恒星、星系組成的宇宙中，星系并合不時發生。大多數星系都有超大質量黑洞，它們是宇宙中質量最大的天體，其質量是太陽的上億到千億倍。天文學家預測，當星系并合時，這些黑洞也會并合，它們相互繞轉而產生的引力波主要集中在納赫茲頻段（10的-9次方赫茲）。

“產生納赫茲引力波，是超大質量黑洞并合的獨有預言。然而，預言誕生幾十年，至今未有確鑿的雙超大質量黑洞并合的例子。”北京大學科維理天文與天體物理研究所教授何子山向CPTA團隊表示祝賀，“這次，CPTA終于實現了這個期待已久的預言”，在這一物理學與天文學領域的國際激烈競爭中拔得頭籌。

在這個領域，北美洲納赫茲引力波天文臺（NANOGrav）、歐洲脈沖星測時陣列（EPTA）、澳大利亞帕克斯脈沖星測時陣列（PPTA）早在20年前就開始了觀測積累。而印度脈沖星測時陣列（InPTA）、南非脈沖星測時陣列（SAPTA）和CPTA則在近期才加入。

這次，CPTA團隊發布的結果置信度為4.6σ（西格瑪），距離國際公認的探測標準5σ還略有差距。“目前我們暫時還不能確認納赫茲引力波的天體源頭。” CPTA負責人、中國科學院國家天文臺與北京大學天文系雙聘研究員李柯伽告訴記者，只要再經過一段時間，進一步拉長觀測數據的時間跨度，應該就能確認納赫茲引力波的天體源頭。

研究納赫茲引力波對人類探索宇宙意義深遠

引力波是由加速運動的有質量物體擾動周圍的時空而產生的時空漣漪，其信號極其微弱，卻是探測宇宙中不發光物質的直接手段，探測引力波并且開辟引力波觀測宇宙的新窗口是天文學家長期以來追求的目標，并且對人類探索宇宙意義深遠。

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。發現納赫茲引力波更是國際物理和天文領域競賽的焦點之一。美國、歐洲、澳大利亞，利用各自的大型射電望遠鏡，已分別開展了長達20年的納赫茲引力波搜尋。近年來，中國、印度、南非等國也逐漸開展納赫茲引力波的探測研究。中國科學院于2016年6月部署了“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。

中國科學院院士、中國科學院國家天文臺臺長常進說，他們將進一步圍繞納赫茲引力波，開辟納赫茲引力波天文學這個新的科學方向，并繼續保持我國在低頻射電天文學方面的國際領先地位。

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