一年一度的英国皇家天文学会（RAS）奖项于近期揭晓。上海天文台刘阔研究员和陈偲源副研究员所在的欧洲脉冲星计时阵团队，因在探测和研究纳赫兹引力波方面所取得的突破性进展，荣获2025年团队成就奖（Group Achievement Award）。
引力波是爱因斯坦广义相对论的预言之一，其描述了以波形式传播的时空扰动。2015年，LIGO在千赫兹频段实现了引力波的首次直接探测，并开辟了“引力波天文学”这一全新的学科领域。相较而言，纳赫兹引力波是一种极低频的引力波信号，其频率范围约为10⁻⁹至10⁻⁷赫兹，波长可达数光年。这类引力波信号可由超大质量双黑洞系统的轨道运动、宇宙早期相变以及宇宙弦振荡等物理过程产生，能够揭示极端环境下的物理规律，并为人类理解宇宙的起源和演化提供全新视角。
纳赫兹引力波的搜寻和探测，一般通过脉冲星计时阵这一独特的观测手段来实现。脉冲星被认为是致密且拥有强大磁场的中子星。其中的一部分，拥有极快的自转速度（可达每秒超700圈 ），被称为“毫秒”脉冲星。因其在长时标（10年量级）上规律的自转，毫秒脉冲星可被用作精确的 “宇宙时钟”以及灵敏的时空探针。通过对毫秒脉冲星信号到达地球的时间进行长期监测，即开展脉冲星计时分析，可探测到影响信号到达时间的时空细微扰动，如引力波等。而同一引力波源对不同脉冲星信号到达时间的影响，会呈现特殊的“四级”相关性（Helling-Downs correlation）。因此，通过研究不同脉冲星计时数据之间的相关关系，可构建一个银河系尺度的引力波探测器。
脉冲星计时阵引力波探测示意图 (Credit: MPIfR)
2023年6月，全球各个区域脉冲星计时阵合作组织，包括欧洲脉冲星计时阵，中国脉冲星计时阵，北美纳赫兹引力波天文台，帕克斯脉冲星计时阵，印度脉冲星计时阵，协同发布了纳赫兹引力波背景辐射存在的重要线索。此项成就，预示着对纳赫兹引力波的确凿探测，极有望在短期内成为现实，代表着引力波天文学的重要里程碑。这一系列工作使用了包括中国天眼（FAST）在内的十余台地球上最大的射电望远镜。其中，上海天文台的刘阔研究员领导了欧洲脉冲星计时阵第二次数据释放以及高精度脉冲星计时分析的工作。此项工作整合了欧洲六台百米级望远镜对二十五颗毫秒脉冲星长达二十五年的观测数据，取得了百纳秒量级的脉冲星计时精度。上海天文台的陈偲源副研究员则领导了基于此次数据释放所开展的引力波背景辐射信号搜寻工作。此项工作在数据中探测到了显著度约为三个sigma的引力波背景辐射信号，所得信号特性与其它脉冲星计时阵发布结果亦高度吻合。此外，陈偲源副研究员作为团队核心成员，亦深度参与了中国脉冲星计时阵以及北美纳赫兹引力波天文台在此次全球协同中发布中的工作。
欧洲脉冲星计时阵团队合照，摄于2023年意大利米兰（credit: EPTA）
此次全球协同发布的结果，已于2024年获得国际基础科学大会科学前沿奖（Frontiers of Science Award）。上海天文台的刘阔研究员和陈偲源副研究员分别作为欧洲脉冲星计时阵和北美纳赫兹引力波天文台的代表，出席了于2024年7月14日在清华大学举行的颁奖仪式。
2024国际基础科学大会颁奖仪式，摄于2024年北京
目前，刘阔研究员以及陈思源副研究员所带领的团队正与国际合作者共同牵头并积极筹备国际脉冲星计时阵的第三次数据释放工作，并致力于在未来若干年内获得纳赫兹引力波的首次确凿探测。此项工作的完成，将正式为引力波天文学领域打开一扇全新的窗口。
此外，特别值得一提的是，发布首张黑洞照片的事件视界望远镜（EHT：Event Horizon Telescope）合作组织也曾于2021年获得此殊荣，该合作组成员包括目前上海天文台的沈志强、路如森、顾敏峰、陈永军、江悟、黄磊、刘阔等科研人员。
皇家天文学会官方公告及获奖工作相关文章：
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
国际基础科学大会官方公告：
https://my.icbs.cn/fileviewer/pdf/54179503-924a-4477-aea4-2da8ee6954d5?name=Astrophysics%20and%20Cosmology&isDownload=true
