一年一度的英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)（RAS）獎(jiǎng)項(xiàng)于近期揭曉。上海天文臺(tái)劉闊研究員和陳偲源副研究員所在的歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣團(tuán)隊(duì)，因在探測(cè)和研究納赫茲引力波方面所取得的突破性進(jìn)展，榮獲2025年團(tuán)隊(duì)成就獎(jiǎng)（Group Achievement Award）。

引力波是愛因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)言之一，其描述了以波形式傳播的時(shí)空擾動(dòng)。2015年，LIGO在千赫茲頻段實(shí)現(xiàn)了引力波的首次直接探測(cè)，并開辟了“引力波天文學(xué)”這一全新的學(xué)科領(lǐng)域。相較而言，納赫茲引力波是一種極低頻的引力波信號(hào)，其頻率范圍約為10??至10??赫茲，波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)光年。這類引力波信號(hào)可由超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)的軌道運(yùn)動(dòng)、宇宙早期相變以及宇宙弦振蕩等物理過程產(chǎn)生，能夠揭示極端環(huán)境下的物理規(guī)律，并為人類理解宇宙的起源和演化提供全新視角。

納赫茲引力波的搜尋和探測(cè)，一般通過脈沖星計(jì)時(shí)陣這一獨(dú)特的觀測(cè)手段來實(shí)現(xiàn)。脈沖星被認(rèn)為是致密且擁有強(qiáng)大磁場(chǎng)的中子星。其中的一部分，擁有極快的自轉(zhuǎn)速度（可達(dá)每秒超700圈 ），被稱為“毫秒”脈沖星。因其在長(zhǎng)時(shí)標(biāo)（10年量級(jí)）上規(guī)律的自轉(zhuǎn)，毫秒脈沖星可被用作精確的 “宇宙時(shí)鐘”以及靈敏的時(shí)空探針。通過對(duì)毫秒脈沖星信號(hào)到達(dá)地球的時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，即開展脈沖星計(jì)時(shí)分析，可探測(cè)到影響信號(hào)到達(dá)時(shí)間的時(shí)空細(xì)微擾動(dòng)，如引力波等。而同一引力波源對(duì)不同脈沖星信號(hào)到達(dá)時(shí)間的影響，會(huì)呈現(xiàn)特殊的“四級(jí)”相關(guān)性（Helling-Downs correlation）。因此，通過研究不同脈沖星計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，可構(gòu)建一個(gè)銀河系尺度的引力波探測(cè)器。

脈沖星計(jì)時(shí)陣引力波探測(cè)示意圖 (Credit: MPIfR)

2023年6月，全球各個(gè)區(qū)域脈沖星計(jì)時(shí)陣合作組織，包括歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣，中國(guó)脈沖星計(jì)時(shí)陣，北美納赫茲引力波天文臺(tái)，帕克斯脈沖星計(jì)時(shí)陣，印度脈沖星計(jì)時(shí)陣，協(xié)同發(fā)布了納赫茲引力波背景輻射存在的重要線索。此項(xiàng)成就，預(yù)示著對(duì)納赫茲引力波的確鑿探測(cè)，極有望在短期內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)，代表著引力波天文學(xué)的重要里程碑。這一系列工作使用了包括中國(guó)天眼（FAST）在內(nèi)的十余臺(tái)地球上最大的射電望遠(yuǎn)鏡。其中，上海天文臺(tái)的劉闊研究員領(lǐng)導(dǎo)了歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣第二次數(shù)據(jù)釋放以及高精度脈沖星計(jì)時(shí)分析的工作。此項(xiàng)工作整合了歐洲六臺(tái)百米級(jí)望遠(yuǎn)鏡對(duì)二十五顆毫秒脈沖星長(zhǎng)達(dá)二十五年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，取得了百納秒量級(jí)的脈沖星計(jì)時(shí)精度。上海天文臺(tái)的陳偲源副研究員則領(lǐng)導(dǎo)了基于此次數(shù)據(jù)釋放所開展的引力波背景輻射信號(hào)搜尋工作。此項(xiàng)工作在數(shù)據(jù)中探測(cè)到了顯著度約為三個(gè)sigma的引力波背景輻射信號(hào)，所得信號(hào)特性與其它脈沖星計(jì)時(shí)陣發(fā)布結(jié)果亦高度吻合。此外，陳偲源副研究員作為團(tuán)隊(duì)核心成員，亦深度參與了中國(guó)脈沖星計(jì)時(shí)陣以及北美納赫茲引力波天文臺(tái)在此次全球協(xié)同中發(fā)布中的工作。

歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣團(tuán)隊(duì)合照，攝于2023年意大利米蘭（credit: EPTA）

此次全球協(xié)同發(fā)布的結(jié)果，已于2024年獲得國(guó)際基礎(chǔ)科學(xué)大會(huì)科學(xué)前沿獎(jiǎng)（Frontiers of Science Award）。上海天文臺(tái)的劉闊研究員和陳偲源副研究員分別作為歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣和北美納赫茲引力波天文臺(tái)的代表，出席了于2024年7月14日在清華大學(xué)舉行的頒獎(jiǎng)儀式。

2024國(guó)際基礎(chǔ)科學(xué)大會(huì)頒獎(jiǎng)儀式，攝于2024年北京

目前，劉闊研究員以及陳思源副研究員所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正與國(guó)際合作者共同牽頭并積極籌備國(guó)際脈沖星計(jì)時(shí)陣的第三次數(shù)據(jù)釋放工作，并致力于在未來若干年內(nèi)獲得納赫茲引力波的首次確鑿探測(cè)。此項(xiàng)工作的完成，將正式為引力波天文學(xué)領(lǐng)域打開一扇全新的窗口。

此外，特別值得一提的是，發(fā)布首張黑洞照片的事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT：Event Horizon Telescope）合作組織也曾于2021年獲得此殊榮，該合作組成員包括目前上海天文臺(tái)的沈志強(qiáng)、路如森、顧敏峰、陳永軍、江悟、黃磊、劉闊等科研人員。

皇家天文學(xué)會(huì)官方公告及獲獎(jiǎng)工作相關(guān)文章：

https://ras.ac.uk/news-and-press/news/pioneering-physicist-and-galaxy-luminary-among-2025-ras-award-winners

https://ras.ac.uk/sites/default/files/2025-01/European%20Pulsar%20Timing%20Array%20-%20Group%20Achievement%20Award%20%28A%29.pdf

Antoniadis et al., Astronomy & Astrophysics, 678, A48 (2023), https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346841

Antoniadis et al., Astronomy & Astrophysics, 678, A50 (2023), https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346844

國(guó)際基礎(chǔ)科學(xué)大會(huì)官方公告：

https://my.icbs.cn/fileviewer/pdf/54179503-924a-4477-aea4-2da8ee6954d5?name=Astrophysics%20and%20Cosmology&isDownload=true