中国天眼FAST又立功了!这次是引力波!人类终于站在了期盼已久的纳赫兹引力波宇宙观测窗口前!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。6月29日,相关论文在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究(RAA)》在线发表。
引力波给我们提供了探索宇宙的新方式,让我们知道在看不到的宇宙空间里发生了什么。宇宙中发光的物质非常少,大部分(约95%左右)都是真正的、永恒的“黑暗”——暗物质和暗能量,不管造多强多好的望远镜,这些“黑暗”我们都“看不到”。但是,引力波可以直接跟踪宇宙中有质量物体的运动(不管是否可见),利用引力波观测,我们能够捕捉到“黑暗”的蛛丝马迹。
探测引力波的基本原理是:引力波所经过的区域,空间的长度会被周期性地拉伸和收缩。换言之,引力波经过时,与之垂直的平面就会处于不断伸缩的状态:横向收缩,纵向就拉伸;横向拉伸,纵向就收缩。空间本身的形变会让置身其中的物体也跟着形变。探测出这种形变,就能说明我们观测到了引力波。
探测纳赫兹引力波需要利用脉冲星,准确地说,是一群脉冲星。
脉冲星是一类磁场强且高速自转的中子星,它的自转很稳定,每隔固定的时间就发出一个脉冲信号。如果不受其他因素影响,那么我们在地球上就能稳定地收到这种信号。脉冲星的脉冲到达地球的时间极其规律,而引力波所经过的区域,空间的相对长度会被周期性地拉伸和收缩。这自然地催生了一种想法:如果一列引力波经过了地球和脉冲星中间的区域,那么脉冲星信号就会发生改变,从而改变脉冲到达时间。
观测到这种脉冲到达时间的变化,也就等于探测到了引力波。这就是利用脉冲星测时(PTA)探测引力波的基本原理。
CPTA团队以数据精度、脉冲星数量和数据处理算法上的优势弥补了时间跨度上的差距。FAST是目前全球最大且最灵敏的射电望远镜,也是全球搜寻脉冲星效率最高的射电望远镜,截至目前,已发现740余颗新脉冲星。
CPTA研究团队面对观测时间跨度远短于美、欧、澳三个国际团队的不利局面,充分利用FAST灵敏度高、可监测脉冲星数目多、测量精度更高的优势,长期系统地监测了57颗毫秒脉冲星,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。
未来我们还将看到FAST进行扩展和升级,基于脉冲星测时阵列方法实现纳赫兹引力波事件的常规观测,从而建成纳赫兹引力波天文台,并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元。