科學家提議利用月球軌道作為強大的新引力波探測器

來自西班牙巴塞羅那自治大學(UAB)、西班牙高能物理研究所(IFAE)和倫敦大學學院(UCL)的研究人員提議利用地球和月球之間的距離變化,在現有設備無法探測的頻率範圍內,作為一個新的引力波探測器這項研究可能為探測來自早期宇宙的信號鋪平道路,最近已發表在《物理評論快報》上。

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引力波是愛因斯坦在20世紀初預測的,並在2015年首次探測到,是宇宙中發生的最激烈過程的新“信使”。引力波探測器掃描不同的頻率範圍,類似於在調諧無線電台時移動錶盤。然而,有些頻率是目前的設備無法覆蓋的,而這些頻率可能隱藏着對理解宇宙至關重要的信號。一個特別的例子可以在微赫茲波中看到,它可能在我們的宇宙之初就已經產生了,甚至今天最先進的技術也幾乎看不到。

在最近發表在著名期刊《物理評論快報》上的一篇文章中,來自UAB物理系和IFAE的研究人員Diego Blas和來自UCL的Alexander Jenkins指出,在我們周圍的環境中存在一個天然的引力波探測器:地月系統。不斷衝擊這個系統的引力波在月球的軌道上產生微小的偏差。儘管這些偏差是微小的,但Blas和 Jenkins計劃利用這樣一個事實,即月球的確切位置最多只有一厘米的誤差,這要歸功於使用從不同天文台發出的激光,這些激光不斷地反射到阿波羅太空任務和其他任務留在月球表面的鏡子上。這種令人難以置信的精確度,最多只有十億分之一的誤差,是可能使古代引力波引起的小干擾被探測到的原因。月球的軌道大約持續28天,當涉及到研究人員感興趣的頻率範圍–微赫茲時,這就轉化為一種特別相關的敏感性。

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同樣地,他們還提議利用宇宙中其他雙星系統可能提供的信息作為引力波探測器。這就是分佈在整個銀河系的脈衝星雙星系統的情況,在這些系統中,脈衝星的輻射束能夠以令人難以置信的精度(精度為百萬分之一)獲得這些恆星的軌道。鑒於這些軌道大約持續20天,微赫茲頻率範圍內的引力波的通過對它們的影響特別大。Blas和 Jenkins得出結論,這些系統也可以成為這些類型引力波的潛在探測器。

有了這些微赫茲頻率範圍內的 “天然探測器”,Blas和 Jenkins能夠提出一種研究遙遠宇宙所發射的引力波的新形式。具體來說,那些由可能存在的早期宇宙高能量階段的過渡產生的,在許多模型中常見。

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“最有趣的也許是,這種方法補充了未來歐空局/美國宇航局的任務,如LISA,以及參與平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)項目的觀測站,以達到從nanohertz(SKA)到 centihertz(LIGO/VIRGO)頻率範圍的幾乎全部引力波的覆蓋。”Diego Blas解釋說:“這種覆蓋對於獲得宇宙演化的精確圖像以及它的構成至關重要。覆蓋微赫茲頻率範圍是一個挑戰,現在可能是可行的,不需要建造新的探測器,只需要觀察我們已經知道的系統的軌道。宇宙的基本方面和更平凡的天體之間的這種聯繫特別吸引人,最終可能會導致探測到我們所見過的最早的信號,從而改變我們對宇宙的認識。

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