近日，由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)等單位科研人員組成的中國脈沖星測(cè)時(shí)陣列研究團(tuán)隊(duì)，利用中國天眼FAST，探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)，表明我國納赫茲引力波研究與國際同步達(dá)到領(lǐng)先水平。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間6月29日在我國天文學(xué)術(shù)期刊《天文與天體物理研究》在線發(fā)表。

納赫茲引力波是引力波的一種，是宇宙中一種極低頻擾動(dòng)，其頻率為10的負(fù)9次方赫茲。納赫茲引力波由于頻率極低、周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，其波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)光年，對(duì)它的探測(cè)十分具有挑戰(zhàn)性。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)指出，納赫茲引力波主要是為人類打開了觀測(cè)宇宙的一個(gè)重要“窗口”，肯定會(huì)有許多物理上的重大發(fā)現(xiàn)。用納赫茲引力波，科研人員可以研究宇宙的超大質(zhì)量天體，像黑洞、超大質(zhì)量黑洞，星系的形成、演化、合并，還有宇宙早期的結(jié)構(gòu)等。這些都是天體物理的重大科學(xué)問題。

(資料圖片)

利用類似于我國的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST這種大型射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)一批自轉(zhuǎn)極其規(guī)律的毫秒脈沖星進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)時(shí)觀測(cè)，是納赫茲引力波目前已知的唯一探測(cè)手段。

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員、北京大學(xué)研究員李柯伽介紹，實(shí)際上真正的引力波探測(cè)器是那些脈沖星，科研人員用大型的望遠(yuǎn)鏡就是去讀這些脈沖星的信號(hào)，把這些脈沖星作為一個(gè)非常標(biāo)準(zhǔn)的“鐘”在用，讀這些“鐘”的信號(hào)，來獲取時(shí)間，來判斷空間怎么樣受到了引力波的影響。

在此次研究工作中，中國脈沖星測(cè)時(shí)陣列研究團(tuán)隊(duì)利用FAST對(duì)銀河系中的57顆毫秒脈沖星進(jìn)行了長(zhǎng)期系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)，將這些毫秒脈沖星組成了一個(gè)銀河系尺度大小的探測(cè)器來搜尋納赫茲引力波。該團(tuán)隊(duì)充分利用FAST靈敏度高、可監(jiān)測(cè)脈沖星數(shù)量多、測(cè)量精度更高的優(yōu)勢(shì)，基于自主開發(fā)的軟件，對(duì)FAST收集的時(shí)間跨度為3年5個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究。在誤報(bào)率小于五十萬分之一的前提下，發(fā)現(xiàn)了納赫茲引力波存在的證據(jù)。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)介紹，證據(jù)就是脈沖星到達(dá)的時(shí)間，由于納赫茲引力波產(chǎn)生的時(shí)空漣漪，產(chǎn)生的這個(gè)晃動(dòng)。脈沖星角度的一個(gè)變化，這是納赫茲引力波存在的一個(gè)重要的依據(jù)。他們看到了這種變化。

研究納赫茲引力波對(duì)人類探索宇宙意義深遠(yuǎn)

引力波是由加速運(yùn)動(dòng)的有質(zhì)量物體擾動(dòng)周圍的時(shí)空而產(chǎn)生的時(shí)空漣漪，其信號(hào)極其微弱，卻是探測(cè)宇宙中不發(fā)光物質(zhì)的直接手段，探測(cè)引力波并且開辟引力波觀測(cè)宇宙的新窗口是天文學(xué)家長(zhǎng)期以來追求的目標(biāo)，并且對(duì)人類探索宇宙意義深遠(yuǎn)。

1916年，愛因斯坦基于廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在。2016年，美國激光干涉引力波天文臺(tái)宣布在百赫茲頻段探測(cè)到恒星級(jí)質(zhì)量雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波，并因此獲得了2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。更大質(zhì)量的天體產(chǎn)生的引力波頻率更低。例如，宇宙中質(zhì)量最大的天體，星系中心的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波主要集中在納赫茲頻段。在這個(gè)頻段內(nèi)，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(chǎn)生的引力波。

幾十年來，各國天文學(xué)家一直在為探測(cè)神秘的引力波而努力。發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波更是國際物理和天文領(lǐng)域競(jìng)賽的焦點(diǎn)之一。美國、歐洲、澳大利亞，利用各自的大型射電望遠(yuǎn)鏡，已分別開展了長(zhǎng)達(dá)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(cè)研究。中國科學(xué)院于2016年6月部署了“多波段引力波宇宙研究”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，2019年9月，中國天眼FAST還處于調(diào)試階段，中國脈沖星測(cè)時(shí)陣列研究團(tuán)隊(duì)就聯(lián)合FAST調(diào)試工作組開始試觀測(cè)，盡可能早地為探測(cè)納赫茲引力波積累觀測(cè)數(shù)據(jù)。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)說，他們將進(jìn)一步圍繞納赫茲引力波，開辟納赫茲引力波天文學(xué)這個(gè)新的科學(xué)方向，并繼續(xù)保持我國在低頻射電天文學(xué)方面的國際領(lǐng)先地位。

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