【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】引力波，作為愛因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)言，已成為探索宇宙奧秘和發(fā)現(xiàn)新物理現(xiàn)象的關(guān)鍵工具。宇宙中眾多引力波源自于雙黑洞、雙中子星等致密天體的演化，以及宇宙早期事件。全球地面引力波探測網(wǎng)絡(luò)，主要由LIGO、VIRGO、GEO600和KAGRA等探測器構(gòu)成，通過聯(lián)合觀測，為科研人員提供了寶貴的宇宙信息。與地面探測不同，空間引力波探測屬于空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，要求在衛(wèi)星發(fā)射前完成數(shù)據(jù)分析方法研究，為探測特定引力波信號(hào)和參數(shù)反演做準(zhǔn)備。
 

　　空間引力波探測主要集中在毫赫茲波段，能夠揭示銀河系內(nèi)致密雙星系統(tǒng)的形成與演化、恒星級(jí)雙黑洞系統(tǒng)的天體物理演化、極端質(zhì)量比旋近過程、大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)的演化等關(guān)鍵信息，對(duì)于檢驗(yàn)引力理論、研究宇宙演化和探測未知引力波源具有不可替代的科學(xué)價(jià)值。
 

　　近期，中國科學(xué)院大學(xué)國際理論物理中心(亞太地區(qū))和中國科學(xué)院國家天文臺(tái)的研究團(tuán)隊(duì)在空間引力波探測領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，相關(guān)成果已發(fā)表在《中國科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》的最新期刊中，為解決空間引力波探測中的一個(gè)長期存在的科學(xué)問題提供了新的解決方案。在空間引力波探測中，如何從銀河系白矮星雙星(DWDs)產(chǎn)生的強(qiáng)烈前景噪聲中準(zhǔn)確探測超大質(zhì)量雙黑洞(MBHBs)的信號(hào)，一直是該領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。該研究首次考慮了空間探測器的軌道位置對(duì)MBHBs天空位置確定的影響，采用小波分解和最佳軌道位置搜索技術(shù)，成功將MBHBs的光度距離測量精度提升了約2倍，角分辨率提升了約20倍，即使在DWDs前景噪聲干擾下也能保持高精度。
 

　　圖1. (a)-(c)為MBHBs源：Q3-delay-1~Q3-delay-5探測器響應(yīng)時(shí)間延遲干涉測量X構(gòu)型(TDI-X)的振幅隨探測器軌道位置參數(shù)κ的變化。
 

　　(d)-(f)為Q3-delay-4波源定位結(jié)果，(d)最優(yōu)案例(IdealCase)組，(e)最差案例(WorstCase)組，(f)經(jīng)過小波處理后的最差案例(WorstCase)組。
 

　　在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)選擇了Q3-d模型中的五個(gè)MBHBs源，并在最佳觀測軌道位置上進(jìn)行了觀測。通過Metropolis-Hastings馬爾可夫鏈蒙特卡洛(MCMC)方法對(duì)五個(gè)MBHBs源的位置參數(shù)進(jìn)行了估計(jì)。研究結(jié)果表明，對(duì)于較強(qiáng)的MBHBs源，如Q3-delay-2、Q3-delay-3和Q3-delay-5，在95%置信水平下，最差案例(WorstCase)組的參數(shù)精度與最優(yōu)案例(IdealCase)組相當(dāng)。然而，對(duì)于較弱的MBHBs源，如Q3-delay-1和Q3-delay-4，WorstCase組的參數(shù)精度明顯低于IdealCase組。通過使用小波分解和重構(gòu)方法，研究團(tuán)隊(duì)能夠顯著減輕DWDs對(duì)較弱MBHBs源的影響。
 

　　該研究不僅提高了探測的準(zhǔn)確性，還為多信使天文學(xué)提供了更多可能性。此外，通過提高對(duì)MBHBs的定位精度，為宇宙學(xué)常數(shù)的約束提供了新的視角，有助于科研人員更精確地測量宇宙的膨脹速率。
 

　　關(guān)于研究方法的更多細(xì)節(jié)，包括最佳軌道位置搜索、小波分解重構(gòu)方法應(yīng)用、以及對(duì)五個(gè)MBHBs信號(hào)的空間定位的結(jié)果分析，均在論文中進(jìn)行了詳細(xì)闡述。相關(guān)工作不僅推動(dòng)了空間引力波探測技術(shù)的發(fā)展，還可能對(duì)宇宙學(xué)研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們有望通過空間引力波探測揭示更多關(guān)于宇宙早期結(jié)構(gòu)和演化的信息，為人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)貢獻(xiàn)新的篇章。
 

　　相關(guān)研究成果以“Sky location of Massive Black Hole Binaries in the foreground of Galactic white dwarf binaries”為題，于近日發(fā)表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy上。中國科學(xué)院大學(xué)國際理論物理中心(亞太地區(qū))博士后郭盼為論文第一作者，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)副研究員金洪波為論文通訊作者，中國科學(xué)院大學(xué)吳岳良院士和喬從豐教授對(duì)該工作提供了寶貴的建議。
 

　　上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。