精準(zhǔn)識(shí)別“時(shí)空中的漣漪” 我科研人員提出透鏡引力波認(rèn)證新方案

科技日?qǐng)?bào)北京4月1日電 （記者張蓋倫）引力波被形象地比喻為“時(shí)空的漣漪”。當(dāng)引力波穿越大質(zhì)量星系時(shí)，就會(huì)受到引力的透鏡效應(yīng)，產(chǎn)生多個(gè)極其相似但強(qiáng)弱不同的信號(hào)。如何將這種引力波和其他引力波區(qū)分開來，仍是困擾天文界的難題。記者1日獲悉，我國科研人員提出了一種認(rèn)證透鏡引力波的新思路和新算法，為研究傳統(tǒng)手段難以探測的天體物理系統(tǒng)提供了新的視角。相關(guān)論文于3月31日在線發(fā)表在《自然·天文》期刊上。

論文通訊作者、北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)院胡彬教授在接受科技日?qǐng)?bào)記者專訪時(shí)表示，自2015年9月人類首次探測到來自雙黑洞合并的引力波信號(hào)以來，目前已經(jīng)確認(rèn)了超過百例的引力波事件。“引力波探測正在由‘發(fā)現(xiàn)模式’進(jìn)入‘常規(guī)觀測模式’?！焙蛘f。

引力波中，有一種探測概率約為千分之一的特殊引力波——透鏡引力波。宇宙并非空無一物，當(dāng)引力波向地球輻射而來時(shí)，幾乎無可避免會(huì)遇上質(zhì)量分布不均勻的大質(zhì)量天體，這些天體的巨大引力會(huì)讓時(shí)空彎曲，產(chǎn)生透鏡效應(yīng)，導(dǎo)致引力波的路徑發(fā)生偏折，呈現(xiàn)多個(gè)不同的像。

據(jù)預(yù)測，在2030年左右，人類有望探測到透鏡引力波。但是，如何判定透鏡引力波？傳統(tǒng)認(rèn)證方案是通過比較兩例引力波參數(shù)的相似程度來實(shí)現(xiàn)的。但由于我們對(duì)引力波這種長波信號(hào)的定位能力弱，通常只能定位到一個(gè)大的天區(qū)，天區(qū)中存在許多信號(hào)源，容易產(chǎn)生誤判。

為了更精準(zhǔn)地認(rèn)證透鏡引力波，胡彬團(tuán)隊(duì)與寧波大學(xué)蔡榮根院士將目光瞄準(zhǔn)宇宙中更為微小的尺度——星系中的致密天體。

引力波在通過透鏡星系產(chǎn)生多像的過程中，會(huì)受到透鏡星系中離散分布的致密天體的引力作用產(chǎn)生微角秒級(jí)的光線偏折，即受到微引力透鏡效應(yīng)影響。這些受到微小偏折的引力波信號(hào)會(huì)相互疊加、相互干涉，產(chǎn)生對(duì)原始波形的畸變。該聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的算法，能夠從引力波信號(hào)中識(shí)別出這些微小畸變，從而判定透鏡引力波。

在宇宙中，還有大量冷冰冰、靜悄悄的天體，要對(duì)它們進(jìn)行探測，幾乎唯一可行的方法就是通過引力波。引力波的發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)推翻了天文學(xué)界此前對(duì)天體生老病死過程的一些推演，但新的理論模型還沒有建立。胡彬指出，此次為認(rèn)證透鏡引力波開發(fā)的算法，還可以幫助發(fā)現(xiàn)那些傳統(tǒng)手段無法探測的天體，比如中等質(zhì)量恒星和死亡大質(zhì)量恒星遺跡等，為揭示宇宙和天體形成與演化的過程和機(jī)制提供新的信息。