中科院提出空間太極計劃:探測中低頻波段引力波
2月16日消息,2016年2月11日LIGO(激光干涉引力波觀測站)實驗組宣布直接觀測到引力波信號。這一劃時代的發(fā)現(xiàn)不僅是對愛因斯坦廣義相對論一 次意義非凡的直接驗證,也為人類進一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一個全新的觀測手段。中國科學(xué)院經(jīng)過論證,提出空間太極計劃,規(guī)劃我國空間引力波 探測在未來數(shù)十年內(nèi)的發(fā)展路線圖。 按照空間太極計劃我國將在2030年前后發(fā)射三顆衛(wèi)星組成的引力波探測星組,用激光干涉方法進行中低頻波段引力波的直接探測。太極計劃的主要科學(xué)目標是觀測雙黑洞并合和極大質(zhì)量比天體并合時產(chǎn)生的引力波輻射,以及其它的宇宙引力波輻射過程。 宇宙中引力波來自天體的能量和質(zhì)量變化,不同頻率的引力波對應(yīng)于不同的天體物理過程。引力波譜的分析表明,地面觀測的高頻(>10Hz) 引力波主要對應(yīng)于致密雙星的引力輻射。此次LIGO(激光干涉引力波觀測站)實驗組宣布直接觀測到引力波信號就屬于高頻信號。上世紀60年代,人們開始在地面用共振天線探測引力波,但是由于靈敏度不夠而未獲得肯定的結(jié)果。90年代以來,人們開始用激光干涉方法在地面測量引力波,臂長分別達到4公里(美國的LIGO),3公里(意、法合作的VIRGO),600米(德、英合作的GEO),和300米(日本的TAMA300),其技術(shù)水平比共振天線法的探測靈敏度提高了四個數(shù)量級,使得LIGO實驗組最終能夠直接觀測到引力波的信號。 中頻波段的引力波源主要是中等質(zhì)量的致密雙星(黑洞、中子星、白矮星),以及宇宙大爆炸早期(10-34秒以后)產(chǎn)生的引力波。近些年來基于地面的引力波探測實驗裝置,由于受空間距離的限制和地球重力梯度噪聲的影響,無法探測低于10Hz的中低頻引力波,使其研究目標變得較為有限。為此,多國科學(xué)家都在加緊開展空間引力波探測的研究計劃,空間激光干涉法測量中、中低頻引力波將是天文學(xué)和空間宇宙物理最前沿的課題。 1993年歐洲空間局(ESA)首先提出激光干涉空間天線(LISA)計劃,在中低頻波段進行空間引力波測量。1997年美國空間局(NASA)加入,成為歐、美聯(lián)合計劃。LISA計劃的引力波源是雙星系、超大質(zhì)量雙黑洞和大質(zhì)量比雙黑洞的并合、普通星系核中大質(zhì)量黑洞捕獲恒星質(zhì)量黑洞、超致密雙星、以及大質(zhì)量天體的爆炸等。2015年底已發(fā)射了LISA的關(guān)鍵技術(shù)驗證衛(wèi)星LISA-Pathfinder,計劃于2025年左右發(fā)射(可能延至2030年或以后)由三顆各相距500萬公里,裝有空間激光干涉儀的衛(wèi)星組進行空間引力波探測。最近,美國提出的后“愛因斯坦計劃”包括兩顆星,其中一顆是“大爆炸觀測者”,著重于探測地面和LISA之間的中頻引力波。日本也提出了在相似頻段觀測引力波的DECIGO計劃。中頻波段的引力波源主要是中等質(zhì)量的致密雙星(黑洞、中子星、白矮星),以及宇宙大爆炸早期(10-34秒以后)產(chǎn)生的引力波。 |