“中国天眼”（FAST）再度迎来重大突破。利用FAST观测数据，我国脉冲星测时阵列（CPTA）研究团队发现纳赫兹引力波存在的关键证据，表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。相关研究成果6月29日在线发表于《天文与天体物理研究》。
▲图源：中科院国家天文台
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纳赫兹引力波是一种频率很低的引力波。探测纳赫兹引力波有助于天文学家理解宇宙结构的起源，洞察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。
当前，纳赫兹引力波研究已经成为物理和天文领域国际竞赛的焦点之一。理论预言，纳赫兹引力波主要由超大质量黑洞并合产生。北美纳赫兹引力波天文台、欧洲脉冲星测时阵列和澳大利亚帕克斯脉冲星测时阵列分别开展了长达20年的纳赫兹引力波搜寻。
探测纳赫兹引力波，有多难？
由于纳赫兹引力波频率极低、周期长达数年，其波长可达数光年，对它的探测极具挑战性。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。
“利用FAST，我们对57颗毫秒脉冲星开展了长期系统性监测，同时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，以搜寻纳赫兹引力波。”论文通讯作者、中科院国家天文台/北京大学研究员李柯伽说，功夫不负有心人，深入分析FAST收集的3年5个月的数据之后，CPTA团队找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。
不过，限于观测时间较短，研究人员暂时还无法确定纳赫兹引力波的主要物理来源。
值得一提的是，欧洲脉冲星测时阵列-印度脉冲星测时阵列、北美纳赫兹引力波天文台和澳大利亚帕克斯脉冲星测时阵列等脉冲星测时阵列合作组也在同一时间宣布了相似的结果。“4个国际团队分别独立获得纳赫兹引力波存在的关键证据，这使得研究结果可以相互印证，进一步提高了这一成果的准确性。”李柯伽说。
未来还要做什么？
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。
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。
常进表示，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。
（微信公众号综合科技日报、中科院国家天文台、央视新闻）
编辑：田苑淯颖
审核：周经韬
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