未来太空中的引力波探测器有望解开宇宙之谜

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一项新的研究表明,未来从太空探测引力波将能够发现新的基本场,并可能给宇宙中无法解释的方面带来新的启示。

未来太空中的引力波探测器有望解开宇宙之谜-第1张图片-IT新视野

来自诺丁汉大学重力中心的Thomas sotiriou教授和来自GSSI的研究者Andrea Maselli,以及来自罗马的SISSA和La SaiPiZAN的研究者,通过激光干涉空间天线(丽莎)展示了引力波观测的空前精确性,这将能够探测到新的基本场。这项研究已发表在《自然天文学》上。

在这项新的研究中,研究人员认为,预计由欧空局于2037年发射的太空引力波(GW)探测器Lisa将为探索宇宙开辟新的可能性。

诺丁汉重力中心主任托马斯·索蒂里欧教授,解释:“新的基本场,尤其是标量场,在各种情况下被提出:作为暗物质的解释,作为宇宙加速膨胀的原因,或作为对引力和基本粒子的一致和完整描述的低能表达。我们现在已经证明,Lisa将提供前所未有的能力它提供了一个令人兴奋的机会来测试这些情况,一个努力工作的机会。"

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迄今为止,对引力场弱、时空曲率小的天体的观测还没有提供这一场的证据。然而,研究人员认为,有理由预计,在大曲率下,与广义相对论的偏离,或重力与新场之间的相互作用,将更加显著。因此,GWS的探测——这为强引力场系统打开了一扇新的窗口——代表了探测这些场的独特机会。

极端质量比例自旋(eMRI)是Lisa的目标源之一。一个具有恒星质量的致密天体,无论是黑洞还是中子星,都会被吸入一个质量为太阳数百万倍的黑洞,为探测引力的强场机制提供了黄金舞台。较小的物体在落入超大质量黑洞之前会经历数万个轨道周期,这会产生长期信号,让研究人员能够检测到爱因斯坦理论和粒子物理标准模型预测的最小偏差。

研究人员开发了一种新的信号建模方法,首次严格估计了Lisa探测与引力相互作用耦合的标量场的能力,并测量了小天体eMRI携带的标量场的数量。值得注意的是,这种方法独立于理论,因为它不依赖于电荷本身的来源或小天体的性质。分析还表明,这种测量可以映射到对标记偏离广义相对论或标准模型的理论参数的强烈约束。

丽莎将致力于探测来自天体物理源的引力波。它将在一个由围绕太阳运行的三颗卫星组成的星座中运行,彼此相距数百万公里。Lisa将在地面干涉仪因环境噪声而无法使用的频带内观察低频发射的引力波。Lisa的可见光谱将允许研究新的一系列天体物理源。与室女座和狮子座观测到的天体物理源(如emris)不同,它为我们宇宙中大量环境中致密物体的演化打开了一扇新的窗口。

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