中國科學家稱,中外探測計劃協作有望更精確確定引力波源信號

來源: 南方日報網絡版     時間: 2021-09-19 00:26:26

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  中新網廣州9月17日電 (記者 許青青)記者從廣州中山大學獲悉,北京時間9月16日凌晨,國際最權威的天文刊物之一《自然·天文》雜志刊登了由中國科學家龔云貴、羅俊、王斌撰寫的論文Concepts and status of Chinese space gravitational wave detection projects,全方位地介紹中國的“天琴”及“太極”計劃的歷史、概念及進展。這是中國科學家第一次在頂尖國際雜志對中國空間引力波探測計劃做完整系統的介紹,并對未來參與國際競爭與合作發出中國聲音。

  中國科學家在文中提出,如果中外的空間引力波探測計劃如期實現,那么到本世紀30年代,歐洲的LISA,中國的天琴計劃、太極計劃,通過優勢互補、相互協作,將有望確定引力波波源等重大宇宙信息,從而為人類揭開更多宇宙奧秘。

  引力波是時空的漣漪,能告訴我們關于宇宙起源、演化和時空結構的信息。100多年前愛因斯坦廣義相對論就已經預言了她的存在。2016年2月11日,美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)宣布在2015年9月14日人類首次直接探測到了引力波,證實了愛因斯坦的預言。到目前為止,美國的LIGO和歐洲的Virgo觀測到了50多個引力波事件,這些信號都是由天體中恒星級雙黑洞、雙中子星、黑洞與中子星或黑洞與其他奇異致密星體合并產生的。

  文章稱,地面引力波探測器有局限性,只能檢測到由恒星級黑洞或中子星并合所發出的頻率較高的短暫強烈的引力波。“人類要探測低頻引力波只能到太空去。”論文作者之一、上海引力波探測前沿科學中心與揚州大學引力與宇宙學中心王斌教授說,也因此歐美發達國家很早就布局了空間引力波探測計劃,LISA就是其中最有名的一個。

  文章稱,LISA計劃、天琴計劃、太極計劃都是探測低頻引力波的太空探測方案。其中,天琴計劃的目標是在2035年前后,在約10萬公里高的地球軌道上,部署3顆全同衛星,構成邊長約為17萬公里的等邊三角形星座,建成空間引力波天文臺“天琴”,開展引力波的空間探測。

  同為中國空間引力波探測的太極計劃,與歐洲LISA計劃基本相同,在距離地球約5000萬公里的軌道上,發射三顆全同衛星,三星編隊軌道以太陽為中心,設計干涉臂臂長即衛星間距300萬公里。

  天琴、LISA、太極,三個計劃,前者是地心軌道方案,后兩者是日心軌道方案,需要相同的核心技術,也有各自不同的技術難題,但對空間引力波探測具有互補性。該論文分析,三個探測計劃里,單個探測器對于不同空間方位的敏感度不同。三個探測器聯合起來不僅可以覆蓋更寬廣的空間,而且可以更加精確地確定引力波源的物理參數,從而更好地理解種子黑洞的起源及演化、宇宙的起源及演化與引力的本質特性等。

  “與LISA和太極相比,天琴對相對高頻信號(0.1赫茲)觀測更加敏感,由于波源定位能力隨頻率增大而提高,天琴在對高頻引力波波源的定位能力方面具有明顯的優勢。考慮到LISA與天琴不同的設計理念與運行軌道,它們聯合觀測時能互補。”論文作者之一、華中科技大學教授龔云貴說,此外,太極探測器臂長大于LISA,在毫赫茲頻段太極比LISA敏感,盡管LISA與太極軌道類似,在毫赫茲頻段,LISA和太極的探測器平面轉動不但可以幫助其提高空間定位能力,而且可以幫助其覆蓋所有空間方位。

  “聯合觀測不但可以極大提高對引力波源的空間定位能力,而且可以觀測到更寬的頻段及更大的空間范圍,從而為研究哈勃常數等宇宙學參數及宇宙演化提供新的觀測手段。”王斌教授說。(完)

【編輯:岳川】


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