「看見」納赫茲引力波蹤影

中國天眼探測到納赫茲引力波存在的關鍵證據示意圖。（國家天文台官網圖片）

中國科學家利用中國天眼，僅用三年五個月就成功驗證40年前的理論預言。（新華社圖片）

「中國天眼」（FAST）有新突破！近日，由中國科學院、國家天文台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對57顆脈衝星的監測，首次「看見」來自深遠宇宙的漣漪——探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據，表明中國納赫茲引力波研究與國際同步達到領先水平。相關研究成果於6月29日在中國天文學術期刊《天文與天體物理研究》發表。

科學家愛因斯坦曾在廣義相對論中預言，加速運動的有質量物體，會擾動周圍時空而產生「漣漪」，這便是引力波。近一個世紀以來，全世界科學家都試圖從實驗中觀測引力波。納赫茲引力波是引力波的一種，由於頻率極低、周期長達數年，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試觀測，是納赫茲引力波目前已知的唯一探測手段。早在1983年，天文學家曾提出理論預言，「四極相關信號」是引力波的特徵證據。而隨著射電天文學的長足發展，基於這一原理尋找納赫茲引力波逐漸成為科學界競賽的焦點之一。

中國科學院院士、中國科學院國家天文台台長常進指出，納赫茲引力波主要是為人類打開了觀測宇宙的一個重要「窗口」，科研人員可以用納赫茲引力波，研究宇宙的超大質量天體，像黑洞、超大質量黑洞，星系的形成、演化、合併，還有宇宙早期的結構等，這些都是天體物理的重大科學問題。

將探索引力波物理來源

「如果把宇宙比喻成一杯水，人類已知的、能看見的東西只是其中一滴，絕大部分的宇宙是看不見的暗物質、暗能量。」研究文章通訊作者、中科院國家天文台李柯伽介紹，只有通過追蹤有「質量」物體的運動，才能揭開宇宙奧秘。

據李柯伽說明，本次研究利用FAST這種大型射電伸縮裝置，「我們對57顆毫秒脈衝星開展了長期系統性監測，同時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，以搜尋納赫茲引力波。」前後逾三年又五個月之後，研究團隊圍繞FAST收集的數據，自主開發獨立軟件進行數據分析。最終，在「4.6西格瑪置信度」水平上發現具有納赫茲引力波特徵的四極相關信號的證據，誤報率小於五十萬分之一，成功驗證40年前的理論預言。

不過，李柯伽也提及，受限於當前觀測數據較短的時間跨度，「科研團隊暫時無法確定納赫茲波段引力波的主要物理來源」，但這個問題將隨著後續觀測數據時間跨度的增加而解決。