搜寻纳赫兹引力波是国际物理和天文领域备受关注的焦点问题之一。我国研究团队日前利用“中国天眼”FAST，探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据，这是纳赫兹引力波搜寻的一个重要突破。

该研究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）研究团队完成，相关成果6月29日在学术期刊《天文和天体物理学研究》在线发表。

■ 隐身的“纳赫兹”

爱因斯坦曾在广义相对论中预言，加速运动的有质量物体会扰动周围时空而产生“涟漪”，这便是引力波。近一个世纪以来，全世界科学家都试图从实验中观测引力波。

“如果把宇宙比喻成一杯水，人类已知的、能看见的东西只是其中一滴，绝大部分的宇宙是看不见的暗物质、暗能量。”文章通讯作者、中科院国家天文台/北京大学研究员李柯伽介绍，“我们只有通过追踪有‘质量’物体的运动，才能揭开宇宙的奥秘。”

引力波具有不同的频率和波长，反映出不同的天文事件，探测方法也不尽相同。例如，2016年美国激光干涉引力波天文台（LIGO）首次在实验中直接观测到引力波。其利用地面激光干涉仪能够观测到频率较高、波长较短的引力波，这些引力波由恒星级质量的双黑洞并合产生。

而频率更低、波长更长的引力波则由更大质量天体的运动产生。作为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”，即十亿分之一赫兹。在天文学家看来，对纳赫兹引力波进行探测，有助于理解超大质量黑洞的增长、演化及并合过程。

然而，由于频率极低、周期长达数年，纳赫兹引力波探测极具挑战，全球科学家迟迟没有发现它的踪迹。

■ 中国团队率先突破

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，是目前唯一能够探测纳赫兹引力波的手段。“超大质量天体运动产生的引力波会扰动整个时空，也会改变脉冲星到达地球的时间信号，对这些信号进行比较就可以判断是不是引力波。”李柯伽介绍该研究的基本原理。

早在1983年，天文学家曾提出理论预言，“四极相关信号”是引力波的特征证据。而随着射电天文学的长足发展，基于这一原理寻找纳赫兹引力波逐渐成为科学界竞赛的焦点之一。

近20年来，北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）、欧洲脉冲星测时阵列（EPTA）、澳大利亚帕克斯脉冲星测时阵列（PPTA）都利用各自的大型射电望远镜，分别开展了纳赫兹引力波搜寻。最近，又增加了中国脉冲星测时阵列、印度脉冲星测时阵列（InPTA）和南非脉冲星测时阵列（SAPTA）等新生力量。

利用FAST，中国脉冲星测时阵列科研团队只用了3年5个月就达成目标。他们围绕57颗脉冲星的相关数据，自主开发独立软件进行数据分析。最终，在“4.6西格玛置信度”水平上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据，误报率小于五十万分之一，成功验证了40年前的理论预言。

同时，探测到的引力波幅度极小，距离上相当于1公里尺度引力波引起的扰动约为百分之一个氢原子的大小，时间上则相当于千万年尺度上变化1秒。

来源：长江日报