QTT：加速中國引力波探測的利器

日前，激光干涉引力波觀測臺（LIGO）作為人類首次直接探測引力波的事件還在不斷引起新聞漣漪。在尋找引力波的過程中，中國的科學家在做什么呢？中科院的科研人員能夠做什么呢？

近日，中科院新疆天文臺臺長、“973”項目首席科學家王娜向《中國科學報》記者表示，我們已經步入引力波天文學時代，但是要像傳統電磁波方法使用全波段一樣，完全打開引力波窗口，可能需要幾十年甚至更長時間。

王娜告訴記者，中科院和新疆維吾爾自治區近十年來一直聯合推進的110米口徑全可動射電望遠鏡（簡稱QTT）項目，其主要科學目標之一就是利用脈沖星測時探測引力波，“目前，QTT科學目標凝練和關鍵技術研究已基本成熟，我們完全有能力把QTT建設成為國際一流的科研裝置，支撐我國天文學家在引力波探測領域取得矚目成果”。

王娜介紹，依據引力波頻率和探測目標源的不同，目前探測引力波的方法主要有三種，分別是：通過宇宙微波背景測量，如使用宇宙河外偏振背景成像儀（BICEP）；利用脈沖星測時陣測量，依賴于大口徑射電望遠鏡；依靠空間和地面激光干涉儀測量，如LIGO。

脈沖星測時陣（PTA）的探測目標是長周期持續性的引力波信號，其主要觀測對象是星系超大質量雙黑洞并合、宇宙暴漲殘余及宇宙弦等產生的引力波。這個方法探測的引力波幅度更大，持續時間更長，探測距離更遠，可以直接探測傳統電磁波手段無法觀測的宇宙。這為認識極早期宇宙性質及結構形成提供了重要的觀測資料。

此外，基于脈沖星測時陣的引力波探測技術還可以直接測量引力波的偏振特性和引力波速度，提供在引力輻射區檢驗引力理論的可能性，這是脈沖星測時陣相對于當前其他引力波探測的重要優點。

“可以說，基于脈沖星測時陣的引力波探測技術是LIGO等項目的重要補充和有力競爭，是未來建立全波段引力波天文學的必經之路，是探索基本相互作用規律的利器。”王娜說。

王娜進一步指出，目前在推進的QTT項目，對于最終取得大量優秀的探測數據和引力波研究成果非常重要。QTT的全可動特點不僅可以觀測更多的脈沖星，還可以進行更長時間的連續觀測。更重要的是，QTT的高頻段觀測能夠在很大程度上可避免星際介質對精確測時的影響。

目前，國內引力波研究已有超過30年的歷程。但遺憾的是我國尚未建成自己的引力波探測系統或裝置。

我國在射電天文領域研究引力波已經有了一定基礎。其中，新疆天文臺脈沖星團組在利用脈沖星測時數據，開展引力波探測研究方面，與澳大利亞、美國、歐洲以及國內引力波研究團隊密切交流，加入國際多個引力波探測研究項目。

早在2006年，新疆天文臺就與澳大利亞國立天文臺、英國Jodrell Bank天文臺簽署了“澳大利亞-英國-中國脈沖星全球監測協議”，并通過該協議加入全球脈沖星測時陣（IPTA）合作。

    王娜認為，目前，500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）在貴州即將收官。未來，QTT和FAST將推動我國向天文強國邁進。QTT和FAST聯手，比現有的測時項目PPTA、歐洲脈沖星測時陣（EPTA）和美國納赫茲引力波項目靈敏度將提高至少3倍。只要充分利用FAST、QTT的優勢來推動中國脈沖星測時陣列（CPTA）計劃，促進我國開啟引力波時代的天文學研究，未來就有望獲得重大科學突破。

“當前，歐美已建成百米級全可動射電望遠鏡，與之相比我國還有很大差距。QTT的建設目標，就是瞄準世界先進水平，為我國射電天文裝備進入世界前列、促進相關高技術發展和支撐射電天文前沿突破做出貢獻。”王娜說。

（記者 彭科峰）