聆听来自宇宙的声音科学家提出寻找透镜引力波信号新方法

近日，北京师范大学物理与天文学院胡彬课题组与宁波大学蔡荣根院士团队合作，在国际期刊《自然·天文》在线发表研究论文，提出了一种新型透镜引力波探测方法。该方法以引力波干涉产生的微小波形畸变为识别信号，为透镜引力波的观测和认证提供了全新思路。

根据爱因斯坦的广义相对论，时空是可以弯曲的，有质量的物体在其中加速运动，扰动周围的时空，就会产生引力波。这就好比石头丢进水里会产生水波，引力波因此常被称作“时空的涟漪”。

胡彬介绍，透镜引力波是一类因引力透镜效应而被“弯曲”并出现多重路径的引力波事件。不同于电磁波在引力透镜下的成像效果，长波长的引力波在通过致密透镜体时，不仅产生路径偏折，呈现多个不同的像，还会因为波动效应而发生干涉，导致信号波形出现微小但可识别的畸变。这些特性使得透镜引力波不仅是引力波天文学的新现象，更有望成为研究中等质量黑洞、致密恒星残骸等“暗弱天体”的重要工具。

根据宇宙学模拟估算以及对超新星事件的经验推测，透镜引力波的发生概率约为千分之一。随着引力波探测灵敏度的提升，预计在2030年前后，人类将具备探测并确认透镜引力波的能力。然而，传统识别方法对引力波天区定位精度有限，天区中存在许多信号源，容易造成误判。

为解决这一难题，研究团队关注到引力波在透镜星系中的传播路径会受到恒星、黑洞、白矮星等离散致密天体的微小引力偏折，进而在波形中留下微角秒级的干涉印记。研究团队正是通过识别这些干涉引起的微小波形畸变来判定透镜引力波事件。相比传统方法，新方案显著降低了误报率，更加可靠。

研究人员还将引力波多像之间的时间延迟与光学观测中透镜系统的时间延迟进行比对，从而实现从引力波信号到其宿主星系的全链条认证。这一创新性策略不仅提升了透镜引力波事件识别的准确性，也为未来的天文观测提供了新的操作路径。

该成果还为研究中等质量黑洞、死亡大质量恒星遗迹等目前电磁观测极其困难的天体系统，提供了一个全新的窗口。

“引力波不仅让我们听到了宇宙的声音，如今，它正在让我们看到那些我们从未真正‘看见’过的宇宙结构。”胡彬表示。这项研究的成功体现了我国科学家在引力波前沿领域的持续深耕与国际引领能力，也预示着在不远的将来，人类或将借助引力波之“耳”，洞察更多宇宙的深层奥秘。

《光明日报》

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