作者:彭科峰 来源:中国科学报 发布时间:2016/6/14 8:42:42
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QTT:加速中国引力波探测的利器

 

■本报记者 彭科峰

日前,激光干涉引力波观测台(LIGO)作为人类首次直接探测引力波的事件还在不断引起新闻涟漪。在寻找引力波的过程中,中国的科学家在做什么呢?中科院的科研人员能够做什么呢?

近日,中科院新疆天文台台长、“973”项目首席科学家王娜向《中国科学报》记者表示,我们已经步入引力波天文学时代,但是要像传统电磁波方法使用全波段一样,完全打开引力波窗口,可能需要几十年甚至更长时间。

王娜告诉记者,中科院和新疆维吾尔自治区近十年来一直联合推进的110米口径全可动射电望远镜(简称QTT)项目,其主要科学目标之一就是利用脉冲星测时探测引力波,“目前,QTT科学目标凝练和关键技术研究已基本成熟,我们完全有能力把QTT建设成为国际一流的科研装置,支撑我国天文学家在引力波探测领域取得瞩目成果”。

王娜介绍,依据引力波频率和探测目标源的不同,目前探测引力波的方法主要有三种,分别是:通过宇宙微波背景测量,如使用宇宙河外偏振背景成像仪(BICEP);利用脉冲星测时阵测量,依赖于大口径射电望远镜;依靠空间和地面激光干涉仪测量,如LIGO。

脉冲星测时阵(PTA)的探测目标是长周期持续性的引力波信号,其主要观测对象是星系超大质量双黑洞并合、宇宙暴涨残余及宇宙弦等产生的引力波。这个方法探测的引力波幅度更大,持续时间更长,探测距离更远,可以直接探测传统电磁波手段无法观测的宇宙。这为认识极早期宇宙性质及结构形成提供了重要的观测资料。

此外,基于脉冲星测时阵的引力波探测技术还可以直接测量引力波的偏振特性和引力波速度,提供在引力辐射区检验引力理论的可能性,这是脉冲星测时阵相对于当前其他引力波探测的重要优点。

“可以说,基于脉冲星测时阵的引力波探测技术是LIGO等项目的重要补充和有力竞争,是未来建立全波段引力波天文学的必经之路,是探索基本相互作用规律的利器。”王娜说。

王娜进一步指出,目前在推进的QTT项目,对于最终取得大量优秀的探测数据和引力波研究成果非常重要。QTT的全可动特点不仅可以观测更多的脉冲星,还可以进行更长时间的连续观测。更重要的是,QTT的高频段观测能够在很大程度上可避免星际介质对精确测时的影响。

目前,国内引力波研究已有超过30年的历程。但遗憾的是我国尚未建成自己的引力波探测系统或装置。

我国在射电天文领域研究引力波已经有了一定基础。其中,新疆天文台脉冲星团组在利用脉冲星测时数据,开展引力波探测研究方面,与澳大利亚、美国、欧洲以及国内引力波研究团队密切交流,加入国际多个引力波探测研究项目。

早在2006年,新疆天文台就与澳大利亚国立天文台、英国Jodrell Bank天文台签署了“澳大利亚-英国-中国脉冲星全球监测协议”,并通过该协议加入全球脉冲星测时阵(IPTA)合作。

王娜认为,目前,500米口径球面射电望远镜(FAST)在贵州即将收官。未来,QTT和FAST将推动我国向天文强国迈进。QTT和FAST联手,比现有的测时项目PPTA、欧洲脉冲星测时阵(EPTA)和美国纳赫兹引力波项目灵敏度将提高至少3倍。只要充分利用FAST、QTT的优势来推动中国脉冲星测时阵列(CPTA)计划,促进我国开启引力波时代的天文学研究,未来就有望获得重大科学突破。

“当前,欧美已建成百米级全可动射电望远镜,与之相比我国还有很大差距。QTT的建设目标,就是瞄准世界先进水平,为我国射电天文装备进入世界前列、促进相关高技术发展和支撑射电天文前沿突破做出贡献。”王娜说。

《中国科学报》 (2016-06-14 第4版 综合)
 
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