未来太空中的引力波探测器可能有希望解开宇宙之谜

一项新研究表明，未来来自太空的引力波探测将能够发现新的基本领域，并有可能为宇宙中无法解释的方面带来新的启示。来自诺丁汉大学重力中心的Thomas Sotiriou教授和GSSI的研究员Andrea Maselli，以及来自SISSA和罗马La Sapienza的研究人员，展示了激光干涉空间天线（LISA）的引力波观测前所未有的准确性，将能够探测到新的基本场。这项研究已经发表在《自然-天文学》上。

在这项新的研究中，研究人员提出，LISA—这个预计由欧空局在2037年发射的天基引力波（GW）探测器将为探索宇宙开辟新的可能性。

诺丁汉重力中心主任Thomas Sotiriou教授解释说：“新的基本场，特别是标量，已经在各种情况下被提出：作为暗物质的解释，作为宇宙加速膨胀的原因，或者作为对重力和基本粒子的一致和完整描述的低能量表现。我们现在已经表明，LISA将在探测标量场方面提供前所未有的能力，这为测试这些情况提供了令人兴奋的机会。”

对具有弱引力场和小时空曲率的天体物理学物体的观测，迄今没有提供这种场的证据。然而，研究人员认为有理由期待，对广义相对论的偏离，或引力与新场之间的相互作用，在大曲率下会更加突出。由于这个原因，对GWs的探测--它为引力的强场制度打开了一扇新的窗口--代表着探测这些场的一个独特的机会。

极端质量比例旋（EMRI）是LISA的目标源之一，其中一个恒星质量的紧凑天体，无论是黑洞还是中子星，都会被吸进质量高达太阳数百万倍的黑洞中，并为探测引力的强场机制提供了一个黄金舞台。较小的天体在坠入超大质量黑洞之前进行了数万次的轨道循环，这导致了长时间的信号，可以让研究人员检测到爱因斯坦理论和粒子物理学标准模型预测的哪怕是最小的偏差。

研究人员开发了一种新的信号建模方法，并首次对LISA检测与引力相互作用相耦合的标量场存在的能力进行了严格的估计，并测量了EMRI这个小天体量所携带的标量场的数量。值得注意的是，这种方法是理论无关的，因为它不取决于电荷本身的来源，也不取决于小天体的性质。分析还表明，这种测量可以映射到标志着偏离广义相对论或标准模型的理论参数上的强约束。

LISA将致力于探测天体物理源的引力波，将在一个由三颗卫星组成的星座中运行，围绕太阳运行，彼此相距数百万公里。LISA将观测以低频率发射的引力波，在一个由于环境噪音而无法被地面干涉仪利用的频段内。LISA的可见光谱将允许研究新的天体物理源系列，与Virgo和LIGO观测到的天体物理源不同，作为EMRIs，为我们宇宙中大量环境中的紧凑天体的演变打开了一扇新的窗口。