拿地球當引力波探測器？沒(méi)錯！記者4月14日從中國科學(xué)院高能物理研究所獲悉，來(lái)自該所以及香港科技大學(xué)的科研人員提出一種探測高頻引力波的新實(shí)驗方案。他們認為，地球和木星等具有磁層的太陽(yáng)系行星，可以被用作探測高頻引力波信號的巨型探測器。相關(guān)研究論文發(fā)表于《物理評論快報》。
所謂引力波，其實(shí)是物質(zhì)和能量在劇烈運動(dòng)和變化下所產(chǎn)生的時(shí)空變化。如果以水面來(lái)比喻時(shí)空，那么引力波就可以看作是漣漪。高頻引力波是指頻率遠高于千赫茲的引力波。
2015年，激光干涉引力波天文臺（LIGO）成功探測到引力波，為觀(guān)測宇宙打開(kāi)了一扇新窗口。與電磁波不同，引力波與物質(zhì)相互作用較弱，對引力波的探測可能揭開(kāi)暗能量和暗物質(zhì)的神秘面紗，能呈現一幅更完整的宇宙圖景。“激光干涉儀成功探測引力波推動(dòng)了一系列類(lèi)似項目的規劃和建設，這些項目的目標是探測頻率在10千赫茲以下的引力波信號。”論文作者之一、中國科學(xué)院高能物理研究所副研究員任婧說(shuō)。
值得注意的是，頻率高于10千赫茲的高頻引力波，也可能在宇宙早期或極端致密天體的劇烈活動(dòng)中產(chǎn)生。探測這種引力波將為探索超出標準模型的新物理規律提供關(guān)鍵線(xiàn)索。
“但這類(lèi)引力波的波長(cháng)較短，激光干涉儀難以捕捉其‘高音’。”任婧坦言，現有探測方法因受到各方面因素限制，探測效果都不理想。
此次，科研人員首次提出將太陽(yáng)系行星作為探測高頻引力波信號的“實(shí)驗室”，利用環(huán)繞行星的科學(xué)衛星探測引力波在行星磁層中轉換產(chǎn)生的信號光子。“考慮天文觀(guān)測探測的電磁波段范圍，該方案能覆蓋較廣泛的引力波頻段。與其他探測方案相比，此方案還具有磁場(chǎng)強度確定性高、引力波—光子轉換有效路徑長(cháng)、信號通量角分布廣等優(yōu)勢。” 論文作者之一、香港科技大學(xué)副教授劉滔介紹。
研究結果表明，利用現有的低軌道地球衛星數據，行星磁層系統已經(jīng)能夠在廣泛頻率范圍內對高頻引力波給出更強的限制，覆蓋了大片之前未曾涉及的引力波頻段。
劉滔告訴記者，這項研究成果為創(chuàng )新引力波探測方法奠定基礎，也為探索宇宙的隱秘角落開(kāi)辟了新視角。
（原載于《科技日報》 2024-04-18 第06版）
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