重大突破！“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在關(guān)鍵證據(jù)|看點(diǎn)

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國(guó)際在線報(bào)道（記者 朱宛玲）根據(jù)愛因斯坦在廣義相對(duì)論中提出的假設(shè)預(yù)言，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)空產(chǎn)生時(shí)空的漣漪。納赫茲引力波是引力波的一種，對(duì)這種引力波進(jìn)行探測(cè)，有助于天文學(xué)家理解宇宙結(jié)構(gòu)的起源，探測(cè)宇宙中最大質(zhì)量的天體即超大質(zhì)量黑洞的增長(zhǎng)、演化及并合過程；也有助于物理學(xué)家洞察時(shí)空的基本物理原理。

近日，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等單位科研人員組成的中國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列（CPTA）研究團(tuán)隊(duì)利用被稱為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。6月29日，相關(guān)論文在我國(guó)天文學(xué)術(shù)期刊《天文與天體物理研究（RAA）》在線發(fā)表。

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。利用大型射電望遠(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。

在此次研究中，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等單位科研人員組成的中國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列團(tuán)隊(duì)利用500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）“中國(guó)天眼”，對(duì)57顆毫秒脈沖星進(jìn)行了長(zhǎng)期系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)，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(cè)器來搜尋納赫茲引力波。國(guó)家天文臺(tái)/北京大學(xué)研究員、論文通訊作者李柯伽介紹說：“脈沖星自轉(zhuǎn)的時(shí)候具有非常高的穩(wěn)定性，因?yàn)樗旧砗苤?，轉(zhuǎn)的又很快，體積又很小，對(duì)它造成擾動(dòng)非常困難。利用這種轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性，我們能夠把它當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)，來測(cè)量時(shí)空對(duì)信號(hào)的擾動(dòng)?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)基于獨(dú)立開發(fā)的軟件，對(duì)FAST收集的時(shí)間跨度3年5個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，在4.6西格瑪置信度水平（誤報(bào)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(hào)的證據(jù)。李柯伽表示，這意味著發(fā)現(xiàn)了納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)?！拔覀冎饕菧y(cè)到了這個(gè)信號(hào)的四極相關(guān)特征，測(cè)到了海林斯-唐斯曲線（Hellings-Downs curve）。理論告訴我們，如果是引力波導(dǎo)致的，我們會(huì)看到這個(gè)現(xiàn)象；如果不是引力波導(dǎo)致的，比如說是太陽(yáng)系噪聲導(dǎo)致的，則會(huì)看到別的東西。我們現(xiàn)在看到的這個(gè)東西‘長(zhǎng)得’和引力波的預(yù)言一樣，這是確定我們看到的信號(hào)是來源于引力波的重要的證據(jù)?！?/p>

發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波是國(guó)際物理和天文領(lǐng)域競(jìng)賽的焦點(diǎn)之一。美國(guó)、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。來自美國(guó)、歐洲和澳大利亞的脈沖星測(cè)時(shí)陣列合作組也在29日宣布了與國(guó)家天文臺(tái)相類似的成果。

中國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列團(tuán)隊(duì)面對(duì)觀測(cè)時(shí)間跨度遠(yuǎn)短于美、歐、澳三個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)的不利局面，充分利用FAST靈敏度高、可監(jiān)測(cè)脈沖星數(shù)目多、測(cè)量精度更高的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期、系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)了一大批毫秒脈沖星，自主開發(fā)獨(dú)立數(shù)據(jù)分析軟件，以數(shù)據(jù)精度、脈沖星數(shù)量和數(shù)據(jù)處理算法上的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了時(shí)間跨度上的差距，使我國(guó)納赫茲引力波探測(cè)靈敏度很快達(dá)到了與美、歐、澳相當(dāng)?shù)乃?，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)此次重大科學(xué)突破。李柯伽介紹說：“FAST運(yùn)行團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)時(shí)間的投入才能使得我們具有長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這是最關(guān)鍵的。在這個(gè)基礎(chǔ)上，基于FAST高靈敏度的特點(diǎn)，我們的數(shù)據(jù)精度比一般的百米級(jí)望遠(yuǎn)鏡要好很多，我們就能在相對(duì)比較短的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)小望遠(yuǎn)鏡需要非常長(zhǎng)時(shí)間積累才能完成的科學(xué)目標(biāo)?！?/p>

引力波信號(hào)是探測(cè)宇宙中不發(fā)光物質(zhì)的直接手段。開辟納赫茲引力波探測(cè)宇宙的新窗口對(duì)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。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士常進(jìn)表示，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)將充分發(fā)揮FAST脈沖星測(cè)時(shí)精度國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，加快納赫茲引力波探測(cè)科研攻關(guān)，積累更長(zhǎng)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)，逐步發(fā)表更高精度的探測(cè)結(jié)果，打開人類利用納赫茲引力波探測(cè)宇宙的新窗口?！昂竺鎸⑦M(jìn)一步圍繞納赫茲引力波，開辟納赫茲引力波天文學(xué)這一個(gè)新的科學(xué)方向， 將繼續(xù)保持我國(guó)在低頻射電天文學(xué)方面國(guó)際領(lǐng)先地位?！?/p>

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