引力天文学诞生了！

引力天文学诞生了！

如果说通过地球上的探测器实现一系列常规探测还在人们的预期之内，引力天文学这一新的天文学分支将会包含的航天探测部分多少有点不一样，这是随着雄心勃勃的eLISA（evolved Laser Interferometer Space Antenna，加强版激光干涉空间天线）项目开始的，它的“引力天线”基于和LIGO以及VIRGO相同的原理制造：由三个处于自由落体状态且包含光学镜的探头组成，探头被稳定在微米程度并由激光连接（在星际真空中不需要长箱体）。它们组成了一个边长为500万千米的巨大三角形，而引力波的经过应该会使三角形轻微变形。一个“阻力补偿”系统承担着保护光学镜不受卫星帆板（les parois des satellites）造成的各种扰动（太阳风、宇宙粒子或尘埃等）的影响。得益于LISA探路者（LISA Pathfinder）执行的任务，阻力补偿系统被证明有效，探路者于2015年12月自库鲁（Kourou）发射，用于测试未来探测器的设计并估测它的灵敏度。这个三角的空间组合将会在2030年代被发射至日心轨道上。航天探测器关注的是比目前地球上的探测器更低的频率范围（对eLISA来说是0.001到0.1赫兹）。根据当前的预测，eLISA将会观测致密天体（黑洞、中子星和白矮星等）的双天体系统并由此提供黑洞物理学的唯一信息，甚至可能观测到原始宇宙中产生的波。eLISA探测器的灵敏度使它并不能探测波的源头，而只是从期待的大量信号中将波的源头分辨出来。任务首先专注于观测此前确定的波源，特别是脉冲双星，以便检测探测器的性能。但人们也期待它对许多其他类型波源的观测，特别是（LISA探测到的）黑洞合并，它们将会在接下来更长的时间里被探测到（暂且不管其他因素的贡献，这可以让人们确定这些现象的位置）。无论如何，这都足以产生一门真正的黑洞天文学。

同时，脉冲星形成了某种自然钟表，我们对它们所发出信号的监测达到了非常高的精确程度。由分散在空间中的脉冲星构成的系统可以看作星系尺度下的引力波的天然探测器，它对低于微赫兹的波段敏感，因此成为了引力天文学工具的补充。对这些脉冲星的分析能让人们在不远的将来揭示引力波的通道。

图20：eLISA任务的原理

另外，“原始引力波”也同样可能在早期宇宙中通过重组（见131页）之前的各种过程产生。总之，这是今天时髦的某些想法中所预言的：原始阶段的相变、暴胀及原始波动的产生。但我们目前的物理学仍然无法解释它们。这些引力波随后便自由地传播开，因宇宙膨胀而有所减弱（有点像CMB形成的电磁波）。它们应该在宇宙背景辐射中留下了微弱的印记。特别是，它们应该改变了其偏振（polarisation，电磁辐射的特性）。探测这些印记会使我们获得重要信息。这也是为什么2014年3月，当时一个美国团队宣布获得了这样的信息，引起了如此多的骚动，特别是在那些宇宙暴胀（inflation cosmique）——这是宇宙最初时期超快速膨胀的一个假设阶段——这一想法已获确认的地方。最终，那时的结果遭到了否定。^[1]当时的宇宙学家们急不可耐地等待着一个可靠探测的消息……

[1] 2014年3月哈佛·史密松天体物理中心的约翰·科瓦克博士等天文学家（即作者在前文所说的“美国团队”）曾宣布探测到引力波，但后来进一步研究证实他们探测到的现象是银河系内尘埃干扰所致。