中國網/中國發展門戶網訊 近日，由中國科學院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈衝星測時陣列（CPTA）研究團隊利用中國天眼FAST，探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據，表明我國納赫茲引力波研究與國際同步達到領先水準。相關論文在我國天文學術期刊《天文與天體物理研究（RAA）》線上發表。

20年·3年5個月 從後發到並跑

據介紹，引力波是由加速運動的有品質物體擾動周圍的時空而産生時空的漣漪。對頻率低至納赫茲的引力波進行探測，將有助於天文學家理解宇宙結構的起源，探測宇宙中最大品質的天體即超大品質黑洞的增長、演化及併合過程；也有助於物理學家洞察時空的基本物理原理。納赫茲引力波由於頻率極低、週期長達數年，其波長可達數光年，對它的探測十分具有挑戰性。利用大型射電望遠鏡對一批自轉極其規律的毫秒脈衝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。國際上，美國NANOGrav、歐洲EPTA、澳大利亞PPTA，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。

我國最早在2002年開展了初步的脈衝星測時陣前期調研。2016年6月，中國科學院部署了“多波段引力波宇宙研究”戰略性先導科技專項（B類），聯合北京大學、中國科學院新疆天文臺、雲南天文臺、上海天文臺、國家授時中心、廣州大學等多家相關單位組建了中國脈衝星測時陣列研究團隊，為利用FAST探測納赫茲引力波開展科學和技術預研。2019年6月成立FAST科學委員會，進一步凝練原創突破目標，整合全國最優秀青年科技力量，依託FAST組織開展體系化、建制化科研攻關，通過遴選評議設立了中國脈衝星測時陣列優先和重大項目、提供觀測時間，加快開展納赫茲引力波探測協同攻關。2019年9月，FAST還處於調試階段，CPTA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。

在此次研究中，CPTA團隊利用FAST對57顆毫秒脈衝星進行了長期系統性監測，並將這些毫秒脈衝星組成了銀河系尺度大小的引力波探測器來搜尋納赫茲引力波。該團隊基於獨立開發的軟體，對 FAST收集的時間跨度3年5個月的數據進行分析研究，在4.6西格瑪置信度水準（誤報率小于五十萬分之一）上發現了具有納赫茲引力波特徵的四極相關信號的證據。

用精度“追趕”時間 打開探索宇宙新窗口

脈衝星測時陣探測納赫茲引力波的靈敏度強烈依賴於觀測時間跨度，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、歐、澳三個國際團隊的不利局面，充分利用FAST靈敏度高、可監測脈衝星數目多、測量精度更高的優勢，長期系統地監測了一大批毫秒脈衝星，自主開發獨立數據分析軟體，以數據精度、脈衝星數量和數據處理演算法上的優勢彌補了時間跨度上的差距，使我國納赫茲引力波探測靈敏度很快達到了與美、歐、澳相當的水準，從而同時實現此次重大科學突破。中國科學院院士蔡榮根評價：“納赫茲引力波的探測對理解一些天體物理和早期宇宙演化的過程具有重要的科學意義。” 北京大學何子山教授點評：“它不僅對星系演化和超大品質黑洞研究的廣泛領域具有深遠的影響，而且為引力波天體物理學打開了一個全新的窗口。”

國家天文臺/北京大學研究員李柯伽指出，受限于當前觀測數據較短的時間跨度，CPTA團隊暫時無法確定納赫茲波段引力波的主要物理來源，但這將隨著後續觀測數據時間跨度的增加而解決。中國科學院國家天文臺臺長、中國科學院院士常進表示，中國科學院國家天文臺將充分發揮FAST脈衝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。國家天文臺還將推進FAST擴展和升級，基於脈衝星測時陣列方法，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，並開啟更高靈敏度和更高解析度的低頻射電觀測研究新紀元，將我國加快建設成為引力波天文和射電天文的強國。

據悉，國際上其他脈衝星測時陣列合作組，包括歐洲EPTA-印度InPTA、北美NANOGRAV和澳大利亞PPTA也和國家天文臺同一天宣佈相類似的結果。未來，這些區域性合作將推進國際脈衝星測時陣列合作，脈衝星測時陣列將為人類探索宇宙打開納赫茲引力波觀測新窗口。