每经编辑 杜宇
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再获世界级发现，中国天眼“看见”引力波踪影！
据中国科学报，在一场20年前就开始的国际天文竞赛中，中国科学家后发先至，仅用3年5个月就成功验证40年前的理论预言——中国天眼FAST通过对57颗脉冲星的监测，首次“看见”了来自深远宇宙的涟漪。
6月29日，由中国科学院国家天文台等单位科研人员组成的中国脉冲星测时阵列（CPTA）研究团队，利用FAST探测到“纳赫兹引力波”存在的关键证据。相关论文在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究（RAA）》在线发表。与此同时，来自欧洲-印度、美国、澳大利亚等国家和地区的另外3个国际团队同步发表了各自独立获得并且相互印证的结果。
FAST探测到纳赫兹引力波存在的关键证据示意图。图片来源：国家天文台
“人类终于站在了期盼已久的纳赫兹引力波观测窗口前。”论文通讯作者、国家天文台/北京大学研究员李柯伽和团队为此感到自豪，“我们利用中国自主设计和建造的大科学装置开展原创性研究，成果发表在中国本土的学术期刊上，我国在这一领域与国际同步达到领先水平。”
图片来源：央视新闻
纳赫兹引力波是引力波的一种，是宇宙中一种极低频扰动，其频率为10的负9次方赫兹。纳赫兹引力波由于频率极低、周期长达数年，其波长可达数光年，对它的探测十分具有挑战性。
据央视新闻，中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进指出，纳赫兹引力波主要是为人类打开了观测宇宙的一个重要“窗口”，肯定会有许多物理上的重大发现。用纳赫兹引力波，科研人员可以研究宇宙的超大质量天体，像黑洞、超大质量黑洞，星系的形成、演化、合并，还有宇宙早期的结构等。这些都是天体物理的重大科学问题。
图片来源：央视新闻
利用类似于我国的500米口径球面射电望远镜FAST这种大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测，是纳赫兹引力波目前已知的唯一探测手段。
中国科学院国家天文台研究员、北京大学研究员李柯伽介绍，实际上真正的引力波探测器是那些脉冲星，科研人员用大型的望远镜就是去读这些脉冲星的信号，把这些脉冲星作为一个非常标准的“钟”在用，读这些“钟”的信号，来获取时间，来判断空间怎么样受到了引力波的影响。
超大质量黑洞并合“独有预言”终于实现
据文汇报，自2016年引力波发现以来，目前全球范围内的引力波探测有地面引力波、空间引力波、纳赫兹引力波和极低频引力波4个主要频段，它们分别对应不同的物理过程，探测方式也不一样。
在由无数恒星、星系组成的宇宙中，星系并合不时发生。大多数星系都有超大质量黑洞，它们是宇宙中质量最大的天体，其质量是太阳的上亿到千亿倍。天文学家预测，当星系并合时，这些黑洞也会并合，它们相互绕转而产生的引力波主要集中在纳赫兹频段（10的-9次方赫兹）。
图片来源：央视新闻
“产生纳赫兹引力波，是超大质量黑洞并合的独有预言。然而，预言诞生几十年，至今未有确凿的双超大质量黑洞并合的例子。”北京大学科维理天文与天体物理研究所教授何子山向CPTA团队表示祝贺，“这次，CPTA终于实现了这个期待已久的预言”，在这一物理学与天文学领域的国际激烈竞争中拔得头筹。
在这个领域，北美洲纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）、欧洲脉冲星测时阵列（EPTA）、澳大利亚帕克斯脉冲星测时阵列（PPTA）早在20年前就开始了观测积累。而印度脉冲星测时阵列（InPTA）、南非脉冲星测时阵列（SAPTA）和CPTA则在近期才加入。
这次，CPTA团队发布的结果置信度为4.6σ（西格玛），距离国际公认的探测标准5σ还略有差距。“目前我们暂时还不能确认纳赫兹引力波的天体源头。” CPTA负责人、中国科学院国家天文台与北京大学天文系双聘研究员李柯伽告诉记者，只要再经过一段时间，进一步拉长观测数据的时间跨度，应该就能确认纳赫兹引力波的天体源头。
研究纳赫兹引力波对人类探索宇宙意义深远
图片来源：央视新闻
引力波是由加速运动的有质量物体扰动周围的时空而产生的时空涟漪，其信号极其微弱，却是探测宇宙中不发光物质的直接手段，探测引力波并且开辟引力波观测宇宙的新窗口是天文学家长期以来追求的目标，并且对人类探索宇宙意义深远。
1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。2016年，美国激光干涉引力波天文台宣布在百赫兹频段探测到恒星级质量双黑洞并合产生的引力波，并因此获得了2017年诺贝尔物理学奖。更大质量的天体产生的引力波频率更低。例如，宇宙中质量最大的天体，星系中心的超大质量双黑洞系统绕转产生的引力波主要集中在纳赫兹频段。在这个频段内，甚至还有宇宙早期原初引力波残存至今的部分和宇宙弦产生的引力波。
几十年来，各国天文学家一直在为探测神秘的引力波而努力。发现纳赫兹引力波更是国际物理和天文领域竞赛的焦点之一。美国、欧洲、澳大利亚，利用各自的大型射电望远镜，已分别开展了长达20年的纳赫兹引力波搜寻。近年来，中国、印度、南非等国也逐渐开展纳赫兹引力波的探测研究。中国科学院于2016年6月部署了“多波段引力波宇宙研究”战略性先导科技专项，2019年9月，中国天眼FAST还处于调试阶段，中国脉冲星测时阵列研究团队就联合FAST调试工作组开始试观测，尽可能早地为探测纳赫兹引力波积累观测数据。
中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进说，他们将进一步围绕纳赫兹引力波，开辟纳赫兹引力波天文学这个新的科学方向，并继续保持我国在低频射电天文学方面的国际领先地位。
每日经济新闻综合央视新闻、中国科学报、文汇报
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