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欧空局已批准建设空间引力波观测站LISA

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欧洲航天局和 美国航空航天局 为激光干涉仪空间天线(LISA)项目开了绿灯,这是一个巨大的宇宙引力波探测器,旨在探测由于星系中心的巨大黑洞与其他大质量物体碰撞而引起的时空脉动。

该探测器将由三艘相距 2,5 万公里的航天器组成,形成一个激光三角形,能够探测中子星和黑洞剧烈的宇宙破碎碰撞所造成的空间扭曲。

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该干涉仪的工作原理与现有的地面 LIGO(激光干涉引力波天文台)实验相同,该实验于 2015 年首次探测到引力波。但将 LISA 放大一百万倍将使其能够探测低频引力波,揭示目前 LIGO 无法探测到的宇宙灾难。

“使用距离几公里的激光束,地面仪器可以探测源自涉及恒星大小物体的事件的引力波,例如超新星爆炸或超致密恒星与恒星质量黑洞的合并。为了扩大重力研究的极限,我们必须进入太空,”LISA 的首席科学家诺拉·吕茨根多夫 (Nora Lützgendorf) 说。“由于飞行过程中的距离很远,我们能够突破重力的极限。 “得益于 LISA 激光信号覆盖的巨大距离及其仪器的卓越稳定性,我们将以比地球上可能的频率更低的频率探测引力波,揭示不同规模的事件,直到时间的黎明。”

引力波是当两个密度极高的物体(例如中子星或黑洞)碰撞时在时空中发生的冲击波。

LIGO 探测器通过拾取引力波穿过地球时在时空结构中产生的微小扭曲来探测引力波。 L形探测器有两个臂,内部有两束相同的激光束,每束长4公里。

当引力波撞击我们的宇宙海岸时,LIGO 探测器的一个臂中的激光会在另一个臂中收缩和膨胀,从而提醒科学家注意引力波的存在。但这种畸变的微小规模(通常是质子或中子的千分之几)意味着探测器必须非常灵敏——而且这些探测器越长,它们变得越灵敏。

由三艘 LISA 航天器组成的星座将于 2025 年开始建造,其中将包含三个魔方大小的金铂立方体,它们将向数百万公里外彼此的望远镜发射激光束。

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当卫星沿着地球绕太阳的轨道运行时,它们之间路径长度的任何轻微扰动都会被 LISA 记录下来并发回给科学家。然后,研究人员将能够利用每束光束的精确变化进行三角测量,以确定重力扰动来自何处,并将光学望远镜对准它们进行进一步研究。

由于引力脉动甚至在超大质量天体碰撞之前就已产生,LISA 将在光学望远镜观测到碰撞之前几个月向科学家发出预警。

该探测器前所未有的灵敏度还将为了解宇宙黎明事件(大爆炸的血腥后果)产生的最微弱脉动提供一个窗口,并回答宇宙学中一些最大、最紧迫的问题。

该望远镜是 ESA、NASA 和国际科学家合作创建的一部分,将于 3 年搭乘阿丽亚娜 2035 号火箭升空。

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