根據愛因斯坦在廣義相對論中提出的假設預言，引力波是由加速運動的有質量物體擾動周圍的時空產生時空的漣漪。納赫茲引力波是引力波的一種，對這種引力波進行探測，有助于天文學家理解宇宙結構的起源，探測宇宙中最大質量的天體即超大質量黑洞的增長、演化及并合過程;也有助于物理學家洞察時空的基本物理原理。

近日，由中國科學院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈沖星測時陣列(CPTA)研究團隊利用被稱為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據。6月29日，相關論文在我國天文學術期刊《天文與天體物理研究(RAA)》在線發表。

納赫茲引力波由于頻率極低、周期長達數年，其波長可達數光年，對它的探測十分具有挑戰性。利用大型射電望遠鏡對一批自轉極其規律的毫秒脈沖星進行長期測時觀測，是納赫茲引力波目前已知的唯一探測手段。

在此次研究中，由中國科學院國家天文臺等單位科研人員組成的中國脈沖星測時陣列團隊利用500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)“中國天眼”，對57顆毫秒脈沖星進行了長期系統性監測，并將這些毫秒脈沖星組成了銀河系尺度大小的引力波探測器來搜尋納赫茲引力波。國家天文臺/北京大學研究員、論文通訊作者李柯伽介紹說：“脈沖星自轉的時候具有非常高的穩定性，因為它本身很重，轉的又很快，體積又很小，對它造成擾動非常困難。利用這種轉動的穩定性，我們能夠把它當成標準，來測量時空對信號的擾動。”

該團隊基于獨立開發的軟件，對FAST收集的時間跨度3年5個月的數據進行分析研究，在4.6西格瑪置信度水平(誤報率小于五十萬分之一)上發現了具有納赫茲引力波特征的四極相關信號的證據。李柯伽表示，這意味著發現了納赫茲引力波存在的關鍵證據。“我們主要是測到了這個信號的四極相關特征，測到了海林斯-唐斯曲線(Hellings-Downs curve)。理論告訴我們，如果是引力波導致的，我們會看到這個現象;如果不是引力波導致的，比如說是太陽系噪聲導致的，則會看到別的東西。我們現在看到的這個東西‘長得’和引力波的預言一樣，這是確定我們看到的信號是來源于引力波的重要的證據。”

發現納赫茲引力波是國際物理和天文領域競賽的焦點之一。美國、歐洲、澳大利亞利用各自的大型射電望遠鏡，已分別開展了長達20年的納赫茲引力波搜尋。來自美國、歐洲和澳大利亞的脈沖星測時陣列合作組也在29日宣布了與國家天文臺相類似的成果。

中國脈沖星測時陣列團隊面對觀測時間跨度遠短于美、歐、澳三個國際團隊的不利局面，充分利用FAST靈敏度高、可監測脈沖星數目多、測量精度更高的優勢，長期、系統地監測了一大批毫秒脈沖星，自主開發獨立數據分析軟件，以數據精度、脈沖星數量和數據處理算法上的優勢彌補了時間跨度上的差距，使我國納赫茲引力波探測靈敏度很快達到了與美、歐、澳相當的水平，從而同時實現此次重大科學突破。李柯伽介紹說：“FAST運行團隊長時間的投入才能使得我們具有長時間、穩定的觀測數據，這是最關鍵的。在這個基礎上，基于FAST高靈敏度的特點，我們的數據精度比一般的百米級望遠鏡要好很多，我們就能在相對比較短的時間內，實現小望遠鏡需要非常長時間積累才能完成的科學目標。”

引力波信號是探測宇宙中不發光物質的直接手段。開辟納赫茲引力波探測宇宙的新窗口對于理解超大質量黑洞、星系并合歷史、宇宙大尺度結構形成等問題具有重大意義。中國科學院國家天文臺臺長、中國科學院院士常進表示，中國科學院國家天文臺將充分發揮FAST脈沖星測時精度國際領先優勢，加快納赫茲引力波探測科研攻關，積累更長期的觀測數據，逐步發表更高精度的探測結果，打開人類利用納赫茲引力波探測宇宙的新窗口。“后面將進一步圍繞納赫茲引力波，開辟納赫茲引力波天文學這一個新的科學方向， 將繼續保持我國在低頻射電天文學方面國際領先地位。”