3月31日，北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)院胡彬教授課題組與寧波大學(xué)蔡榮根院士團(tuán)隊(duì)在《自然·天文》發(fā)表最新成果，提出了基于透鏡相干效應(yīng)的強(qiáng)透鏡引力波認(rèn)證新方法。該方法通過(guò)識(shí)別強(qiáng)透鏡引力波中所存在的內(nèi)稟波形畸變，能夠顯著降低強(qiáng)透鏡引力波認(rèn)證誤報(bào)率。
透鏡引力波信號(hào)的藝術(shù)圖。（胡彬供圖）
論文通訊作者胡彬告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，該研究的意義遠(yuǎn)不止于提出了一種認(rèn)證強(qiáng)透鏡引力波的新方法，還揭示了強(qiáng)透鏡引力波研究星系內(nèi)天體質(zhì)量和空間分布的能力，這為探測(cè)中等質(zhì)量黑洞、死亡大質(zhì)量恒星遺跡等目前電磁觀(guān)測(cè)極難捕捉的天體系統(tǒng)，提供了一個(gè)全新手段。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，人類(lèi)或?qū)⒔柚Σ?，洞察宇宙更多的深層奧秘。
自2015年人類(lèi)首次探測(cè)到引力波信號(hào)以來(lái)，LIGO、Virgo和KAGRA（LVK）引力波聯(lián)合團(tuán)隊(duì)已累計(jì)確認(rèn)百余例引力波事件。隨著探測(cè)數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)，強(qiáng)透鏡引力波時(shí)代即將到來(lái)。
強(qiáng)透鏡引力波是指受大質(zhì)量天體（如星系或星系團(tuán)）引力透鏡效應(yīng)影響的引力波事件。這類(lèi)信號(hào)因其高精度時(shí)間測(cè)量，具有重要的宇宙學(xué)研究?jī)r(jià)值。然而，引力波空間定位精度較差，普遍在數(shù)平方度至數(shù)十平方度范圍，且參數(shù)估計(jì)誤差難以完全區(qū)分所有引力波信號(hào)，這導(dǎo)致通過(guò)尋找”雙胞胎”或"多胞胎"信號(hào)的傳統(tǒng)強(qiáng)透鏡認(rèn)證方法誤報(bào)率太高，面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
為解決強(qiáng)透鏡引力波認(rèn)證疑難，近年來(lái)，科研人員在多像認(rèn)證法基礎(chǔ)上引入輔助判據(jù)：要求多像引力波間的時(shí)間延遲分布須符合星系透鏡模型預(yù)測(cè)，并存在特定相位差。然而這些改進(jìn)方案仍未能突破認(rèn)證困境。
為攻克這一難題，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注到，當(dāng)引力波穿越透鏡星系時(shí)，會(huì)不可避免地受到星系內(nèi)恒星、黑洞等致密天體的微引力擾動(dòng)，進(jìn)而在波形中產(chǎn)生微角秒量級(jí)的相干效應(yīng)特征，此特征是強(qiáng)透鏡引力波所獨(dú)有的特殊信號(hào)。
除此之外，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建了首個(gè)從強(qiáng)透鏡引力波認(rèn)證到宿主星系識(shí)別的完整技術(shù)體系。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)聯(lián)合運(yùn)用第四代巡天望遠(yuǎn)鏡（如中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡）與新一代高分辨率空間望遠(yuǎn)鏡（如詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡），結(jié)合強(qiáng)透鏡引力波的時(shí)間延遲信息，可唯一確定強(qiáng)透鏡引力波的宿主星系。該方案為開(kāi)展強(qiáng)透鏡引力波的宇宙學(xué)應(yīng)用建立了系統(tǒng)的理論框架和實(shí)證方法。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41550-025-02519-5
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-8-3206-0.html中國(guó)科學(xué)家提出捕捉透鏡引力波的新方法
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