中國科學家提出捕捉透鏡引力波的新方法
3月31日，北京師范大學物理與天文學院胡彬教授課題組與寧波大學蔡榮根院士團隊在《自然·天文》發表最新成果，提出了基于透鏡相干效應的強透鏡引力波認證新方法。該方法通過識別強透鏡引力波中所存在的內稟波形畸變，能夠顯著降低強透鏡引力波認證誤報率。
透鏡引力波信號的藝術圖。（胡彬供圖）
論文通訊作者胡彬告訴《中國科學報》，該研究的意義遠不止于提出了一種認證強透鏡引力波的新方法，還揭示了強透鏡引力波研究星系內天體質量和空間分布的能力，這為探測中等質量黑洞、死亡大質量恒星遺跡等目前電磁觀測極難捕捉的天體系統，提供了一個全新手段。在不遠的將來，人類或將借助引力波，洞察宇宙更多的深層奧秘。
自2015年人類首次探測到引力波信號以來，LIGO、Virgo和KAGRA（LVK）引力波聯合團隊已累計確認百余例引力波事件。隨著探測數據的快速增長，強透鏡引力波時代即將到來。
強透鏡引力波是指受大質量天體（如星系或星系團）引力透鏡效應影響的引力波事件。這類信號因其高精度時間測量，具有重要的宇宙學研究價值。然而，引力波空間定位精度較差，普遍在數平方度至數十平方度范圍，且參數估計誤差難以完全區分所有引力波信號，這導致通過尋找”雙胞胎”或"多胞胎"信號的傳統強透鏡認證方法誤報率太高，面臨嚴峻挑戰。
為解決強透鏡引力波認證疑難，近年來，科研人員在多像認證法基礎上引入輔助判據：要求多像引力波間的時間延遲分布須符合星系透鏡模型預測，并存在特定相位差。然而這些改進方案仍未能突破認證困境。
為攻克這一難題，聯合研究團隊關注到，當引力波穿越透鏡星系時，會不可避免地受到星系內恒星、黑洞等致密天體的微引力擾動，進而在波形中產生微角秒量級的相干效應特征，此特征是強透鏡引力波所獨有的特殊信號。
除此之外，研究團隊進一步構建了首個從強透鏡引力波認證到宿主星系識別的完整技術體系。研究發現，通過聯合運用第四代巡天望遠鏡（如中國空間站望遠鏡）與新一代高分辨率空間望遠鏡（如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡），結合強透鏡引力波的時間延遲信息，可唯一確定強透鏡引力波的宿主星系。該方案為開展強透鏡引力波的宇宙學應用建立了系統的理論框架和實證方法。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41550-025-02519-5
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