聆听更远的宇宙呢喃

透过一个又一个天文望远镜，我们知道，头顶的银河并不是宇宙的全部。于是，科学家们在时光的波心丢了一枚“石子”，那泛起的点点“涟漪”，就是引力波。它能帮助我们看见宇宙黑暗深处蕴藏的奥秘。

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。相关研究成果北京时间6月29日在学术期刊《天文和天体物理研究》在线发表。

中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进指出，利用纳赫兹引力波，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天体物理的重大科学问题。

(资料图片)

探测纳赫兹引力波有多难

我们知道，宇宙中约95%是永恒的“黑暗”。利用引力波观测，我们能够捕捉到这些暗物质和暗能量的蛛丝马迹。

1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。“由于引力波极其微弱，甚至爱因斯坦自己都不相信人类能够探测到它。” 论文第一作者、国家天文台特别研究助理胥恒告诉科普时报记者，尽管引力波引起的可探测的效应相当微弱，但2015年9月14日，美国激光干涉仪引力波观测天文台（LIGO）还是宣布首次观测到引力波。

“引力波是物质加速运动产生的，我们可以通过引力波跟踪宇宙有质量物质的运动。”胥恒进一步解释说，时空是可以弯曲的，物体的质量会造成其周围时空的弯曲，质量越大，时空弯曲程度也越大。

茫茫宇宙，只要有物质的加速运动，就有引力辐射。胥恒说，引力波的频率范围很广，高至千赫兹，低至10—16赫兹，且不同频段引力波的探测手段不一样，因为引力波探测器总是只对某个频率范围内的引力波敏感，互相不能代替。

“高频引力波（百赫兹频段）的探测器主要是通过地面的激光干涉仪来测量，如LIGO；低频引力波（毫赫兹频段）主要是通过空间的激光干涉仪，如欧洲LISA计划，我国太极、天琴等探测器来探测。”胥恒介绍。

更大质量的天体产生的引力波频率更低。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。

“纳赫兹频段的引力波由于其周期在数年到数十年，波长达数十光年，迄今为止，人们已知的唯一探测手段，是通过射电望远镜监测多颗测时精度高的脉冲星，即脉冲星测时阵列。”胥恒说。

也就是说，对纳赫兹引力波的探测在物理尺度和时间尺度上都很“大”，这不是件容易的事。

为什么要借助脉冲星

既然对频率低至纳赫兹的引力波进行探测非常难，科学家就需要一个靠谱的“助手”，于是就盯上了脉冲星。

脉冲星是一类致密天体，因为其辐射束会周期性快速扫过地球，使地球人看到一个个周期脉冲而得名。脉冲星的优点是它的自转很稳定，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，我们在地球上就能稳定地收到这种信号。

胥恒补充道，探测纳赫兹引力波对脉冲星的距离没有要求，脉冲星的数量越多越好，以区分引力波和其他噪声。

2016年6月，中国科学院启动纳赫兹引力波预研究，联合北京大学，中国科学院新疆天文台、云南天文台、上海天文台，以及国家授时中心、广州大学等多家相关单位组建了中国脉冲星测时阵列研究团队（CPTA）。

FAST是目前全球最大且最灵敏的单口径射电望远镜，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。