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NASA宇宙願景:透過重力波模擬我們的銀河系

NASA宇宙願景:透過重力波模擬我們的銀河系

2023-09-25 Comments 0 Comment

天文學家利用模擬數據繪製了天空中重力波的一瞥,重力波是由軌道天體產生的宇宙時空漣漪。這張圖片顯示了預計在未來十年發射的天基重力波觀測站將如何增強我們對銀河系家園的了解。

Gravitational-Waves-Galaxy-Concept-Art-1536x1024.webp

天文學家利用模擬數據,透過重力波描繪了天空,揭示了太空觀測站探測雙星系統的必要性。像LISA 這樣的未來計畫旨在發現成千上萬個這種難以探測的系統,標誌著空間觀測模式的轉變。(藝術家的插圖–請看下面的模擬影片)。

自2015 年以來,地面天文台已經探測到大約一百個事件,這些事件代表了恆星質量黑洞、中子星或兩者成對的系統的合併。這些訊號通常持續不到一分鐘,頻率相對較高,可以出現在天空的任何地方,其來源遠遠超出了我們的銀河系。

請觀看來自緊湊型雙星系統模擬群體的引力波組合成整個天空的合成圖。這些系統包含白矮星、中子星或處於緊密軌道上的黑洞。一旦天基重力波觀測站在未來十年內開始工作,使用真實數據繪製這樣的地圖將成為可能。亮點表示訊號較強的訊號源,淺色表示頻率較高的訊號源。較大的色塊表示位置較不清楚的訊號源。插圖顯示了引力訊號的頻率和強度,以及LISA(雷射干涉儀空間天線)的靈敏度極限,LISA 是歐洲太空總署(ESA)與美國國家航空暨太空總署(NASA)合作設計的天文台,將於2030 年代發射。資料來源:美國太空總署戈達德太空飛行中心

馬裡蘭大學學院帕克分校(University of Maryland, College Park)和位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心(NASA’s Goddard Space Flight Center)的研究員塞西莉亞-奇倫蒂(Cecilia Chirenti )說:”雙星系統也充滿了銀河系,我們預計其中許多雙星系統都包含白矮星、中子星和黑洞等緊密軌道上的緊湊天體。但我們需要一個太空觀測站來’聽’到它們,因為它們的引力波嗡嗡作響的頻率太低,地面探測器無法偵測到。”

天文學家稱這些系統為UCB(超小型雙星),他們預計未來的天文台,如歐洲太空總署(ESA)與美國國家航空暨太空總署(NASA)合作領導的LISA(雷射干涉儀太空天線),將偵測到數以萬計的UCB。UCB通常很難被發現–它們在可見光下通常很微弱,天文學家目前只知道少數幾個軌道周期短於一小時的UCB。發現許多新的UCB 是LISA 的主要目標之一。

LISA-Pathfinder-in-Space-1536x864.webp

LISA 探路者的藝術印象,歐空局的任務是測試未來太空重力波觀測站的技術。LISA 是在LISA 探路者和LIGO 成功的基礎上發展起來的天基重力波觀測站。資料來源:ESA-C.Carreau

利用模擬這些系統的預期分佈和重力波訊號的數據,研究小組開發出了一種方法,將這些數據組合成銀河系UCB的全天空視圖。發表在《天文學報》上的一篇論文介紹了這項技術。

戈達德天文物理學家艾拉-索普(Ira Thorpe)說:「我們的影像直接類似於用特定類型的光線(如可見光、紅外線或X射線)觀測天空的全景圖。重力波帶來的希望是,我們可以用一種完全不同的方式觀測宇宙,而這幅圖像真正讓我們認識到了這一點。我希望有一天我能在海報或T恤上看到用真實的LISA 數據製作的版本。 “

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