脉冲星测时阵探测纳赫兹引力波专题 《中国科学：物理学 力学 天文学

2026-01-26 11:52:29

　　引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种现象, 它被形象地描述为时空的涟漪. 超大质量(星系级)双黑洞相互绕转, 会产生频率极低的纳赫兹引力波. 此外, 潜在的纳赫兹引力波源还可能包括原初引力波、宇宙弦等. 探测纳赫兹引力波对于研究星系的形成与演化、理解超大质量双黑洞的物理性质、探索早期宇宙等具有重大意义, 也将助力于全面揭示引力波的物理特性.

　　毫秒脉冲星是天然的极端物理实验室, 其长期稳定的自转特性使其成为探测引力波的理想工具. 当引力波传播经过银河系时, 会引起时空的扰动, 从而导致脉冲星信号到达地球的时间产生极其微小的变化. 脉冲星测时阵是目前探测纳赫兹引力波的唯一方法. 该方法利用高灵敏度的大口径射电望远镜对多颗在天空中广泛分布的、极其稳定的毫秒脉冲星进行长期高精度的脉冲到达时间监测, 探测引力波对这些脉冲星信号产生的共同影响. 2023年, 4个主要的国际脉冲星测时阵合作组宣布找到了纳赫兹随机引力波背景存在的关键证据, 有望实现该类引力波的成功探测. 当前, 提升脉冲星测时阵的灵敏度是核心任务, 具体措施包括提高脉冲星测时精度、增加监测的脉冲星数量、抑制各种测时噪声, 以及改进数据分析和信号搜寻算法等.

　　中国新疆奇台110 m口径全可动射电望远镜的工程建设已全面启动. 为提升我国在纳赫兹引力波探测方面的能力, 国家重点研发计划“中国脉冲星测时阵探测纳赫兹引力波研究”项目开展了系列技术攻关和科学探索. 为此, 我们特别组织了本“脉冲星测时阵探测纳赫兹引力波”专题, 旨在展示和总结项目研究成果, 促进相关技术和方法在引力波探测中的应用.

　　本期专题由16篇涉及脉冲星观测和纳赫兹引力波探测的综述与研究论文组成, 内容聚焦于纳赫兹引力波的性质与探测方法、毫秒脉冲星测时噪声的特征与抑制、脉冲星宽带数据处理方法, 以及望远镜组阵信号合成技术等前沿方向. 本专题着眼于提升脉冲星测时阵的灵敏度, 对推动我国自主实现纳赫兹引力波探测的重大科学目标具有重要意义. 我们希望本专题的出版能为领域内的专家和青年学者提供有价值的前沿参考, 并吸引更多科研工作者投身于此项研究, 共同推动脉冲星和引力波科学的蓬勃发展.

　　毫秒脉冲星PSR J0613-0200跃变事件及其对PTA引力波探测的影响

　　周世奇, Erbil GÜGERCINOĞLU,李琳,葛明玉,蒋青权,罗杨平,叶文韬,彭寒龙,叶长青,唐德林,王现澳