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华科大团队在《自然-天文》杂志刊文 介绍中国空间引力波探测计划

长江云APP   2021-09-16 11:01  

9月15日,《自然》(Nature)杂志子刊《自然-天文》(Nature Astronomy)发表了华中科技大学为第一单位,华中科技大学龚云贵教授、罗俊教授,上海交通大学及扬州大学王斌教授共同撰写的论文“中国空间引力波探测计划的概念与现状(Concepts and status of Chinese space gravitational wave detection projects)”。此文是应主编May Chiao博士与副主编Marios Karouzos博士邀请,向国际学界发出中国声音,全方位地介绍中国的“天琴”等中国空间引力波探测计划的成就。《自然-天文》Nature Astronomy是国际最权威的天文刊物之一,这是中国科学家第一次在顶尖国际杂志对中国空间引力波做完整系统的介绍,并对未来参与国际竞争与合作发出中国声音。

2016年2月,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布在2015年9月14日人类首次直接探测到了引力波,这是21世纪物理学最重大的发现。引力波在宇宙中几乎自由传播,是探究包括引力本质在内的新物理及宇宙奥秘的新窗口,发达国家在引力波探测的国际竞争目前已经到了白热化程度。为了参与引力波这一国际最前沿、最基本的科学研究竞争队列,中国科学家独立提出了“天琴”与“太极”两个空间引力波探测计划。

“天琴计划”是中国科学院罗俊院士于2014年3月在华中科技大学的一次国际会议上提出,2015年7月在中山大学发起,以中国为主导的国际空间引力波探测计划。其目标是在2035年前后,在约10万公里高的地球轨道上,部署3颗全同卫星,构成边长约为17万公里的等边三角形编队,建成空间引力波天文台“天琴”,开展引力波的空间探测,进行天体物理、宇宙学及基础物理前沿研究。“天琴一号”于2019年12月20日成功发射,并实现了所有预期目标。

中国科学院2016年提出了我国空间引力波探测“太极计划”。类似欧美LISA计划,“太极计划”的三星编队轨道是以太阳为中心,设计干涉臂臂长即卫星间距300万公里。“太极计划”对卫星的稳定性提出了更高要求,3颗卫星必须构成超稳超静平台。2019年8月31日,我国首颗空间引力波探测技术实验卫星“太极一号”成功发射,标志着太极计划第一步任务目标已成功实现。

图:空间引力波探测器对不同方位的引力波源的定位精度,深色代表高定位精度

龚云贵教授长期从事引力理论、引力波物理及宇宙学方面的研究,在国际上最先开展中国的天琴及太极联合观测方面的研究,发现“天琴”及“太极”联合可以把引力波源的空间定位能力提高至少两个数量级,这为引力波作为标准汽笛去研究哈勃常数危机及宇宙演化提供了理论基础。

单个引力波探测器对于不同空间方位的敏感度不同,龚云贵教授团队发现LISA,“天琴”及“太极”联合起来不仅可以覆盖更宽广的空间,而且可以更加精确地确定引力波源的物理参数,从而更好地理解种子黑洞的起源及演化,宇宙的起源及演化及引力的本质特性等。

据悉,相关工作也已获得美国《今日宇宙》(Universe Today)报道。文章除了全面详细介绍中国两个空间引力波计划的概念与现状,还总结了作者在空间引力波联合LISA、天琴”、“太极”共同观测的前瞻性创新科研成果。

(湖北广电融媒体记者 吴宝洪 通讯员 高翔 江可凡 责任编辑 吴松)

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