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新突破！中國(guó)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(guó)科學(xué)院獲悉，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)利用中國(guó)天眼FAST，探測(cè)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(guó)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(shí)，來自歐洲-印度、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)的另外3個(gè)國(guó)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(dòng)的有質(zhì)量物體擾動(dòng)周圍的時(shí)空而產(chǎn)生時(shí)空的漣漪。引力波信號(hào)極其微弱，卻是探測(cè)宇宙中不發(fā)光物質(zhì)的直接手段，探測(cè)引力波并且開辟引力波觀測(cè)宇宙的新窗口是天文學(xué)家長(zhǎng)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(cè)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(jiǎng)。2016年，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（簡(jiǎn)稱LIGO）宣布在百赫茲頻段探測(cè)到恒星級(jí)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(jiǎng)。

納赫茲引力波是引力波的一種?？蒲腥藛T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(gè)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(duì)象產(chǎn)生的引力波。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。

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。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。國(guó)際上，美國(guó)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(zhǎng)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(guó)的CPTA，印度InPTA和南非SAPTA。

此次研究中，CPTA團(tuán)隊(duì)利用FAST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。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（即誤報(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)。

論文通訊作者、國(guó)家天文臺(tái)/北京大學(xué)研究員李柯伽自豪地說：“我們利用中國(guó)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(guó)本土的學(xué)術(shù)期刊上，我國(guó)在這一領(lǐng)域與國(guó)際同步達(dá)到領(lǐng)先水平?！?/p>

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