中国网/中国发展门户网讯 近日，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）研究团队利用中国天眼FAST，探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据，表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。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。

20年·3年5个月 从后发到并跑

据介绍，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时空的涟漪。对频率低至纳赫兹的引力波进行探测，将有助于天文学家理解宇宙结构的起源，探测宇宙中最大质量的天体即超大质量黑洞的增长、演化及并合过程；也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。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。利用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。国际上，美国NANOGrav、欧洲EPTA、澳大利亚PPTA，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。

我国最早在2002年开展了初步的脉冲星测时阵前期调研。2016年6月，中国科学院部署了“多波段引力波宇宙研究”战略性先导科技专项（B类），联合北京大学、中国科学院新疆天文台、云南天文台、上海天文台、国家授时中心、广州大学等多家相关单位组建了中国脉冲星测时阵列研究团队，为利用FAST探测纳赫兹引力波开展科学和技术预研。2019年6月成立FAST科学委员会，进一步凝练原创突破目标，整合全国最优秀青年科技力量，依托FAST组织开展体系化、建制化科研攻关，通过遴选评议设立了中国脉冲星测时阵列优先和重大项目、提供观测时间，加快开展纳赫兹引力波探测协同攻关。2019年9月，FAST还处于调试阶段，CPTA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。

在此次研究中，CPTA团队利用FAST对57颗毫秒脉冲星进行了长期系统性监测，并将这些毫秒脉冲星组成了银河系尺度大小的引力波探测器来搜寻纳赫兹引力波。该团队基于独立开发的软件，对 FAST收集的时间跨度3年5个月的数据进行分析研究，在4.6西格玛置信度水平（误报率小于五十万分之一）上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据。

用精度“追赶”时间 打开探索宇宙新窗口

脉冲星测时阵探测纳赫兹引力波的灵敏度强烈依赖于观测时间跨度，灵敏度随着观测时间跨度的增长而迅速增加。CPTA研究团队面对观测时间跨度远短于美、欧、澳三个国际团队的不利局面，充分利用FAST灵敏度高、可监测脉冲星数目多、测量精度更高的优势，长期系统地监测了一大批毫秒脉冲星，自主开发独立数据分析软件，以数据精度、脉冲星数量和数据处理算法上的优势弥补了时间跨度上的差距，使我国纳赫兹引力波探测灵敏度很快达到了与美、欧、澳相当的水平，从而同时实现此次重大科学突破。中国科学院院士蔡荣根评价：“纳赫兹引力波的探测对理解一些天体物理和早期宇宙演化的过程具有重要的科学意义。” 北京大学何子山教授点评：“它不仅对星系演化和超大质量黑洞研究的广泛领域具有深远的影响，而且为引力波天体物理学打开了一个全新的窗口。”

国家天文台/北京大学研究员李柯伽指出，受限于当前观测数据较短的时间跨度，CPTA团队暂时无法确定纳赫兹波段引力波的主要物理来源，但这将随着后续观测数据时间跨度的增加而解决。中国科学院国家天文台台长、中国科学院院士常进表示，中国科学院国家天文台将充分发挥FAST脉冲星测时精度国际领先优势，加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，逐步发表更高精度的探测结果，打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。国家天文台还将推进FAST扩展和升级，基于脉冲星测时阵列方法，实现纳赫兹引力波事件的常规观测，从而建成纳赫兹引力波天文台，并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元，将我国加快建设成为引力波天文和射电天文的强国。

据悉，国际上其他脉冲星测时阵列合作组，包括欧洲EPTA-印度InPTA、北美NANOGRAV和澳大利亚PPTA也和国家天文台同一天宣布相类似的结果。未来，这些区域性合作将推进国际脉冲星测时阵列合作，脉冲星测时阵列将为人类探索宇宙打开纳赫兹引力波观测新窗口。