波长数光年的纳赫兹引力波作为一种低频引力波，是远古宇宙中的背景噪声。 与人类2016年首次发现的高频引力波相比，它们更难“听”，而且需要基于持续数年的数据收集。
凭借“中国天眼”（FAST）优异的探测性能，中国科学技术大学国家天文台牵头的中国脉冲星定时阵列（CPTA）研究团队发现了3年5个月的数据“中国天眼”的纳赫兹引力波存在的关键证据——具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号，误报率大于五十万分之一。 相关论文将于明天在 in and （RAA）在线发表，表明我国在该领域的研究已达到与国际同行同步领先水平。
随着后续数据时间跨度的延长，CPTA团队有望确定纳赫兹引力波的主要数学来源。 这意味着人类距离发现纳赫兹引力波可能仅一步之遥。
超大质量黑洞合并的“独特预言”终于成真
自2016年发现引力波以来，全球范围内用于引力波探测的频段主要有四个：地面引力波、空间引力波、纳赫兹引力波和极低频引力波，分别对应不同的化学过程。 方法也不同。
在无数恒星和星系组成的宇宙中，恒星合并时有发生。 大多数恒星都有超大质量黑洞，它们是宇宙中质量最大的天体，质量从太阳的数亿到数千亿倍不等。 天文学家预测中国引力与天体物理学会，当恒星合并时，这样的黑洞也会合并，它们相互绕转形成的引力波主要集中在纳赫兹频段（10的-9次方Hz）。
“纳赫兹引力波的产生是对超大质量黑洞合并的独特预测。然而，该预测诞生六年来，一直没有关于双超大质量黑洞合并的确凿反例。” 北京大学卡夫里天文与天体化学研究所何子善院士向CPTA团队表示祝贺，“这次，CPTA终于实现了这个期待已久的预言”，在这场激烈的数学与天体化学领域的国际竞赛中获得一等奖。天文学。
在这一领域，北非纳赫兹引力波天文台（）、欧洲脉冲星计时阵列（EPTA）、澳大利亚帕克斯脉冲星计时阵列（PPTA）早在20年前就开始积累观测数据。 美国脉冲星计时阵列 (InPTA)、南非脉冲星计时阵列 (SAPTA) 和 CPTA 最近才加入。
此次CPTA团队发布的结果置信度为4.6σ（sigma），与国际公认的检测标准5σ略有不同。 “目前，我们还无法确认纳赫兹引力波的天体来源。” CPTA负责人、中国科学技术大学国家天文台和上海大学天文系双聘研究员李克佳告诉记者，只要经过一段时间，观测数据就会如果进一步延长 的时间跨度，应该能够确认纳赫兹引力波的天体来源。
后来居上，望远镜的优势弥补了时间跨度的弱点
纳赫兹引力波的周期可以持续数年，波长可达数光年，观测起来非常具有挑战性。 目前，借助小型射电望远镜对一组自转非常规律的微秒脉冲星进行常年定时观测是探测纳赫兹引力波的唯一途径。
脉冲星是可检测且可靠的“宇宙计时器”，它快速旋转并以精确的时间间隔发射无线电波脉冲。 引力波形成的时空涟漪会导致时空形成微小的拉伸和收缩，进而导致脉冲星信号到达月球的实际时间与预期时间之间存在很小的误差。 正是利用这个微小的误差，天文学家才能观测到纳赫兹引力波的存在。
“我国早在2016年就开始在该领域进行前瞻性研究，并联合国内多家科研机构成立了CPTA团队。” 中国科学技术大学教授、国家天文台台长常进透露，2019年9月，FAST还没有即将开放运行，CPTA已联合中科院开始试观测。 FAST 调试工作组。
“FAST可以同时测量更多的脉冲星，灵敏度高，测量精度高。同时，我们利用观测数据精度和数据处理算法的优势，自主开发了算法来填补时间跨度的差异。” 李克佳表示，目前我国纳赫兹引力波探测灵敏度已达到与日本、欧洲、澳大利亚相当的水平。
2020年9月，北非纳赫兹引力波天文台声称根据47颗脉冲星12.5年的观测数据探测到了纳赫兹引力波，但最终无法否认。 此次，CPTA借助FAST历时3年零5个月的57微秒脉冲星探测数据，探测到了引力波信号的关键证据。
“CPTA的结果与超大质量双黑洞系统的理论预期一致。” 中国科学技术大学教授、国际广义相对论与引力学会会员蔡荣根指出，最重要的是CPTA团队发现了信号中纳赫兹引力波的存在。 的四极矩相关性，置信度高达4.6σ。
“纳赫兹引力波天文学”的启动只是时间问题
就在CPTA公布结果的同一三天，美国、欧洲-印度、澳大利亚的脉冲星计时阵列合作组也公布了类似的结果。 这意味着人类为探测宇宙纳赫兹引力波打开一扇新窗口只是时间问题。 未来，这种区域合作将进一步推动国际脉冲星授时阵列合作。
纳赫兹引力波信号的探测对于研究早期宇宙历史、验证大爆燃理论、获取超大质量黑洞碰撞合并信息、研究恒星并合、进一步研究恒星的性质等具有重要意义。宇宙中各种类型的引力波。
中国科研团队仅用3年多的观测数据就赶上了国际领先水平。 随着FAST观测时间跨度的不断延长，我国纳赫兹引力波探测的灵敏度也将快速提升。
常进表示，国家天文台还将积极推进FAST的扩容升级，基于脉冲星计时阵列方法，实现纳赫兹引力波暴的常规观测，从而建设纳赫兹引力波观测站，开启更高灵敏度以及更高码高频低频射电观测和研究的新时代中国引力与天体物理学会，促使我国步入引力波天文学和射电天文学强国。 （徐启民）