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歐空局已批准建設空間重力波觀測站LISA

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歐洲太空總署和 美國航空航天局 為雷射干涉儀空間天線(LISA)計畫開了綠燈,這是一個巨大的宇宙重力波探測器,旨在探測由於星系中心的巨大黑洞與其他大質量物體碰撞而引起的時空脈動。

該探測器將由三艘相距 2,5 萬公里的太空船組成,形成一個雷射三角形,能夠探測中子星和黑洞劇烈的宇宙破碎碰撞所造成的空間扭曲。

歐空局麗莎

干涉儀的工作原理與現有的地面 LIGO(雷射干涉重力波天文台)實驗相同,該實驗於 2015 年首次探測到重力波。但將 LISA 放大一百萬倍將使其能夠探測低頻重力波,揭示目前 LIGO 無法探測到的宇宙災難。

「使用距離幾公里的雷射光束,地面儀器可以探測源自涉及恆星大小物體的事件的引力波,例如超新星爆炸或超緻密恆星與恆星質量黑洞的合併。為了擴大重力研究的極限,我們必須進入太空,」LISA 的首席科學家 Nora Lützgendorf 說。「由於飛行過程中的距離很遠,我們能夠突破重力的極限。 「由於 LISA 雷射訊號覆蓋的巨大距離及其儀器的卓越穩定性,我們將以比地球上可能的頻率更低的頻率探測引力波,揭示不同規模的事件,直到時間的黎明。”

重力波是當兩個密度極高的物體(例如中子星或黑洞)碰撞時在時空中發生的衝擊波。

LIGO 探測器透過拾取重力波穿過地球時在時空結構中產生的微小扭曲來探測重力波。 L形探測器有兩個臂,內部有兩束相同的雷射光束,每束長4公里。

當重力波撞擊我們的宇宙海岸時,LIGO 探測器的一個臂中的雷射會在另一個臂中收縮和膨脹,從而提醒科學家注意重力波的存在。但這種畸變的微小規模(通常是質子或中子大小的千分之幾)意味著探測器必須非常靈敏——而且這些探測器越長,它們變得越靈敏。

由三艘 LISA 太空船組成的星座將於 2025 年開始建造,其中將包含三個魔術方塊大小的金鉑立方體,它們將向數百萬公里外彼此的望遠鏡發射雷射光束。

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當衛星沿著地球繞著太陽的軌道運行時,它們之間路徑長度的任何輕微擾動都會被 LISA 記錄下來並發回給科學家。然後,研究人員將能夠利用每束光束的精確變化進行三角測量,以確定重力擾動來自何處,並將光學望遠鏡對準它們進行進一步研究。

由於重力脈動甚至在超大質量天體碰撞之前就已產生,LISA 將在光學望遠鏡觀測到碰撞之前幾個月向科學家發出預警。

這款探測器前所未有的靈敏度也將為了解宇宙黎明事件(大爆炸的血腥後果)產生的最微弱脈動提供一個窗口,並回答宇宙學中一些最大、最緊迫的問題。

望遠鏡是 ESA、NASA 和國際科學家合作創建的一部分,將於 3 年搭乘阿麗亞娜 2035 號火箭升空。

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來源歐空局
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