热闻丨再获世界级发现！这些年，中国天眼都发现了啥？

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。相关论文6月29日在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究》（RAA）在线发表。

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。

(资料图)

FAST探测到纳赫兹引力波存在的关键证据示意图。国家天文台供图

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。更大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。

开辟纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口对于理解超大质量黑洞、星系并合历史、宇宙大尺度结构形成等问题具有重要意义。纳赫兹引力波由于频率极低、周期长达数年，其波长可达数光年，对它的探测十分具有挑战性。利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测，是纳赫兹引力波目前已知的唯一探测手段。发现纳赫兹引力波是国际物理和天文领域竞赛的焦点之一。国际上，北美NANOGrav、欧洲EPTA、澳大利亚PPTA利用各自的大型射电望远镜，已分别开展了长达20年的纳赫兹引力波搜寻。近期一些新生力量也逐渐加入这一领域，包括我国的CPTA、印度的InPTA和南非的SAPTA。此次，国际上其他脉冲星测时阵列合作组，包括EPTA-InPTA、NANOGrav和PPTA也将和中国科学院国家天文台同一天宣布相类似的结果。

脉冲星测时阵探测纳赫兹引力波的灵敏度强烈依赖于观测时间跨度，即灵敏度随着观测时间跨度的增长而迅速增加。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，长期系统地监测了一大批毫秒脉冲星，自主开发独立数据分析软件，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，使我国纳赫兹引力波探测灵敏度很快达到了与美、欧、澳相当的水平，从而同时实现此次重大科学突破。不过，受限于当前观测数据较短的时间跨度，CPTA团队暂时无法确定纳赫兹波段引力波的主要物理来源，但这将随着后续观测数据时间跨度的增加而解决。同时，由于CPTA现有数据时间跨度较短，未来数据时间跨度增长带来的效果会更明显。

后续，中国科学院国家天文台将充分发挥FAST脉冲星测时精度优势，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。

中国天眼

取得一系列重要科学成果

“中国天眼”是目前世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜，它能看穿130多亿光年的区域。“中国天眼”于2016年9月25日落成启用，于2020年1月11日通过国家验收正式开放运行。自启用以来，“中国天眼”取得了一系列重要科学成果。

2018年4月18日，500米口径球面射电望远镜（FAST）首次发现毫秒脉冲星，并获得国际认证。

2019年1月24日，500米口径球面射电望远镜与天马望远镜实现首次联合观测，获得甚长基线干涉测量（VLBI）干涉条纹。

2022年6月，500米口径球面射电望远镜发现首例持续活跃快速射电暴，该成果于北京时间2022年6月9日在国际学术期刊《自然》杂志发表。

2022年9月，“中国天眼”FAST对一例位于银河系外的快速射电暴开展了深度观测，首次探测到距离快速射电暴中心仅1个天文单位（即太阳到地球的距离）的周边环境的磁场变化，向着揭示快速射电暴中心引擎机制迈出重要一步。

2022年10月报道，中国科学院国家天文台利用中国天眼FAST进行成像观测，在致密星系群——“斯蒂芬五重星系”及周围天区，发现了1个尺度大约为两百万光年的巨大原子气体系统，也就是大量弥散的氢原子气体。这是迄今为止，在宇宙中探测到的最大的原子气体系统。该成果于北京时间2022年10月19日23点在国际学术期刊《自然》杂志发表。

世界首例持续活跃快速射电暴FRB20190520B被“中国天眼”（FAST）发现后，中外科研团队联手对其进行17个月的长期监测，发现重复快速射电暴周边存在磁场反转，这为揭示快速射电暴的起源和环境之谜迈出了重要一步。相关科研成果2023年5月12日发表于《科学》杂志。

2023年6月21日，国际学术期刊《自然》在线发表中国天眼FAST取得的一项重要成果。该团队利用中国天眼FAST发现了一个名为PSR J1953+1844（M71E）的双星，其轨道周期仅为53分钟，是目前发现轨道周期最短的脉冲星双星系统。该发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中缺失的一环。

2023年两会期间，全国人大代表 FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏在接受采访时介绍，FAST运行已将近三年，取得了丰硕成果，包括发现脉冲星超过740颗，是同一时期国际上发现脉冲星效率最高的望远镜。近两年，FAST基本上覆盖当初设计的所有科学目标，包括脉冲星物理、快速射电暴、包括中性氢、星系形成和演化等等。除此之外，多篇基于FAST数据的论文在《自然》（Nature）和《科学》（Science）杂志上发表，其中有些被作为封面文章，并入选《自然》（Nature）和《科学》（Science）评选的2020年度十大科学突破和发现。随后两年，中国两院院士评选的“十大科学进展”，都有FAST的成果在其中，也是一个充分的肯定。

据最新报道，发现超过780颗脉冲星，发现首例持续活跃重复快速射电暴，发现迄今轨道周期最短脉冲星双星系统……“中国天眼”凭借其超高灵敏度，接连产出一系列重量级发现，为探索更多宇宙奥秘持续作出中国贡献。

编辑 朱洪蕾

来源：、、、、科技日报、中科院网站等

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