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新突破！中國天眼FAST“看見”納赫茲引力波蹤跡_天天新視野

2023-06-29 12:32:10 來源：人民網(wǎng)

(相關(guān)資料圖)

人民網(wǎng)北京6月29日電（記者趙竹青）記者從中國科學(xué)院獲悉，近日，由中國科學(xué)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(tuán)隊(duì)利用中國天眼FAST，探測到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。相關(guān)論文在我國天文學(xué)術(shù)期刊《天文與天體物理研究（RAA）》在線發(fā)表。與此同時，來自歐洲-印度、美國、澳大利亞等國家和地區(qū)的另外3個國際團(tuán)隊(duì)同步發(fā)表了各自獨(dú)立獲得并且相互印證的結(jié)果。

引力波是由加速運(yùn)動的有質(zhì)量物體擾動周圍的時空而產(chǎn)生時空的漣漪。引力波信號極其微弱，卻是探測宇宙中不發(fā)光物質(zhì)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(xué)家長期以來追求的目標(biāo)。20世紀(jì)70-80年代，引力波的存在通過觀測脈沖雙星系統(tǒng)的軌道變化得以間接證實(shí)，并獲得了1993年諾貝爾物理學(xué)獎。2016年，美國激光干涉引力波天文臺（簡稱LIGO）宣布在百赫茲頻段探測到恒星級質(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。

納赫茲引力波是引力波的一種。科研人員介紹，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)（億到千億倍太陽質(zhì)量）系統(tǒng)繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波主要集中在納赫茲頻段。在這個頻段內(nèi)，還有宇宙早期原初引力波殘存至今的部分和宇宙弦等奇異對象產(chǎn)生的引力波。開辟納赫茲引力波探測宇宙的新窗口對于理解超大質(zhì)量黑洞、星系并合歷史、宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成等問題具有重大意義。

納赫茲引力波由于頻率極低、周期長達(dá)數(shù)年，其波長可達(dá)數(shù)光年，對它的探測十分具有挑戰(zhàn)性。利用大型射電望遠(yuǎn)鏡對一批自轉(zhuǎn)極其規(guī)律的毫秒脈沖星進(jìn)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。發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波是國際物理和天文領(lǐng)域競賽的焦點(diǎn)之一。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(yuǎn)鏡，已分別開展了長達(dá)20年的納赫茲引力波搜尋。近期一些新生力量也逐漸加入這一領(lǐng)域，包括我國的CPTA，印度InPTA和南非SAPTA。

此次研究中，CPTA團(tuán)隊(duì)利用FAST對57顆毫秒脈沖星進(jìn)行了長期系統(tǒng)性監(jiān)測，并將這些毫秒脈沖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(tuán)隊(duì)基于獨(dú)立開發(fā)的軟件，對FAST收集的時間跨度3年5個月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，在4.6西格瑪置信度水平（即誤報率小于五十萬分之一）上發(fā)現(xiàn)了具有納赫茲引力波特征的四極相關(guān)信號的證據(jù)。

論文通訊作者、國家天文臺/北京大學(xué)研究員李柯伽自豪地說：“我們利用中國自主設(shè)計(jì)和建造的大科學(xué)裝置，開展原創(chuàng)性研究，成果發(fā)表在中國本土的學(xué)術(shù)期刊上，我國在這一領(lǐng)域與國際同步達(dá)到領(lǐng)先水平。”

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