本报讯(记者 高志民)近日,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)研究团队利用中国天眼FAST,探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据,表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。
纳赫兹引力波是引力波的一种,而引力波是由加速运动的有质量物体扰动周围的时空而产生时空的涟漪。对频率低至纳赫兹的引力波进行探测,将有助于天文学家理解宇宙结构的起源,探测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,也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。
在此次研究中,CPTA团队利用FAST对57颗毫秒脉冲星进行了长期系统性监测,并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来搜寻纳赫兹引力波。该团队基于独立开发的软件,对 FAST收集的时间跨度3年5个月的数据进行分析研究,在4.6西格玛置信度水平(误报率小于五十万分之一)上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据。
引力波信号极其微弱,却是探测宇宙中不发光物质的直接手段,探测引力波并且开辟引力波观测宇宙的新窗口是天文学家长期以来追求的目标。20世纪70至80年代,引力波的存在通过观测脉冲双星系统的轨道变化得以间接证实,并获得了1993年诺贝尔物理学奖。2016年,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)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2017年诺贝尔物理学奖。更高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(亿到千亿倍太阳质量)绕转产生的引力波主要集中在纳赫兹频段,相应的信号时标为年到几十年。在这个频段内,还有宇宙早期原初引力波残存至今的部分和宇宙弦等奇异对象产生的引力波。
据介绍,中国科学院国家天文台将充分发挥FAST脉冲星测时精度国际领先优势,加快纳赫兹引力波探测科研攻关,积累更长期的观测数据,逐步发表更高精度的探测结果,推进国际脉冲星测时阵列合作,拓展提升FAST性能,打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。