寻找丢失的引力信号

导读 每年,数十万对黑洞合并成一场宇宙之舞,向各个方向发射引力波。自 2015 年以来,大型地基 LIGO、Virgo 和 KAGRA 干涉仪使检测这些信

每年,数十万对黑洞合并成一场宇宙之舞,向各个方向发射引力波。自 2015 年以来,大型地基 LIGO、Virgo 和 KAGRA 干涉仪使检测这些信号成为可能,尽管仅观察到大约一百个此类事件,占总数的无穷小。大多数波仍然“无法区分”,叠加并加在一起,形成平坦、弥散的背景信号,科学家称之为“随机引力波背景”(SGWB)。SISSA 的新研究发表在《天体物理学杂志》上, 建议使用一个由三个或四个空间干涉仪组成的星座来映射平坦且几乎完全均匀的背景以寻找涟漪。这些被科学家称为各向异性的小波动包含了解最大宇宙尺度上引力波源分布所需的信息。

研究人员相信,爱因斯坦望远镜和激光干涉仪空间天线 (LISA) 等下一代探测器将在可预见的未来直接测量引力波背景成为可能。SISSA 博士生 Giulia Capurri 解释说:“然而,测量这些背景波动(更准确地称为各向异性)将继续非常困难,因为识别它们需要当前和下一代测量仪器不具备的非常高水平的角分辨率”和该研究的第一作者。

Capurri 在 Carlo Baccigalupi 和 Andrea Lapi 的监督下提出,这个问题可以通过在太阳轨道上建立一个由三个或四个空间干涉仪组成的“星座”来解决,并且覆盖的距离近似于地球和太阳之间的距离。随着分离度的增加,干涉仪可以获得更好的角分辨率,从而提高它们区分引力波源的能力。“围绕太阳运行的空间干涉仪星座可以让我们看到引力背景信号的细微波动,从而使我们能够提取有关黑洞、中子星和宇宙中所有其他引力波源分布的有价值信息”状态卡普里。

继 LISA 项目太空任务试验成功后,目前有两种创建天基干涉仪星座的建议:一种是欧洲的大爆炸天文台(BBO),一种是日本的分赫兹干涉仪引力波天文台(DECIGO)。“这是最早通过一组绕太阳运行的仪器来提供引力波随机背景大小具体预测的最早工作之一。SISSA 理论宇宙学教授 Carlo Baccigalupi 总结道,连同其细节将在适当时候公布的其他类似项目,它们对于为我们希望在未来几十年建造和投入使用的未来观测仪器开发优化设计至关重要.

在始于 LIGO 和 Virgo 等地面干涉仪的多信使天文学时代,引力波背景可以为对大尺度宇宙的新认识铺平道路,就像宇宙微波背景已经发生的那样.

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