中国科学院揭秘：空间引力波探测黑科技！

中国科学院揭秘：空间引力波探测黑科技！

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中国科学院

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来源

1.

https://www.cas.cn/syky/202412/t20241205_5041301.shtml

2.

https://imech.cas.cn/dj/ycwz/cxqd/202304/t20230414_6738906.html

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https://blog.csdn.net/gS780J/article/details/80174456

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https://blog.csdn.net/gS780J/article/details/79385431

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http://www.shb.cas.cn/kydt2024/kjjz2024/202412/t20241202_7449318.html

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https://www.cas.cn/syky/202303/t20230317_4880447.shtml

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https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xsbg-2/2907-2020-01-08-00-47-20

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https://www.opticsjournal.net/News/PT241212000039RxU1X.html

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https://www.las.ac.cn/front/product/detail?id=8b0088ed7e51c27e108ce322c5c1f898

2024年12月，中国科学院上海天文台和中国科学院大学等机构的科研人员在空间引力波探测领域取得重大突破。他们开发出一种基于深度学习的创新方法，能够高效探测和分析极端质量比旋近（EMRIs）信号，为未来空间引力波探测提供了重要技术支持。

作为中国空间引力波探测的旗舰项目，“太极计划”正在稳步推进。其中，“太极二号”作为该计划的第二步，计划于2025年发射三颗卫星，在日心轨道上组成边长为300万公里的正三角形编队，目标是在空间中首次探测到中低频段的引力波信号。

目前，“太极二号”的关键技术攻关已经完成，并以“优异”成绩通过评审。其中，科学干涉仪系统的测距精度达到0.7-5pm/Hz1/2（@0.01-1Hz），冷气微推进系统的性能指标达到0.03-0.1μN/Hz1/2，均为世界领先水平。这些技术突破为实现高精度的空间引力波探测奠定了坚实基础。

引力波信号的探测和分析一直面临巨大挑战。特别是极端质量比旋近（EMRIs）信号，这类信号持续时间长达数年，特征复杂且强度微弱，传统的匹配滤波和贝叶斯参数估计方法需要海量的波形模板，计算成本高昂且对理论模型依赖性强。

针对这些难题，研究团队创新性地提出了基于深度学习的完整解决方案。在时频域信号分析中，团队设计的二层卷积神经网络展现出优异性能。对于信噪比在50至100范围内的信号，该方法在1%误报率下可实现96.9%的真实探测率。更重要的是，这种方法对理论模型的依赖程度较低，即使在使用不同模型生成的信号时，仍能保持稳定的探测性能。

在成功探测到信号后，研究团队进一步采用UNet网络从噪声中提取EMRI信号，并通过神经网络实现关键参数的精确估计。结果显示，超大质量黑洞的质量估计准确率达到99%，自旋参数估计准确率达到92%，同时还能准确预测轨道初始偏心率等参数。

这些技术突破不仅提高了引力波信号的探测效率和精度，更为未来的引力波数据分析提供了新的思路。通过研究EMRIs系统，科学家能够精确检验广义相对论，绘制超大质量黑洞周围的时空图，验证“无毛定理”，并有望揭示超大质量黑洞的质量分布及其与宿主星系的共同演化历史。

随着“太极计划”的持续推进和深度学习等新技术的应用，人类对宇宙的认知将迈入新的阶段。空间引力波探测不仅能够帮助我们聆听来自宇宙深处的声音，更有望开启多信使天文学的新时代，为揭示宇宙起源和演化提供新的线索。

中国科学院的这些突破性成果，不仅展示了中国在空间引力波探测领域的技术实力，更为人类探索宇宙奥秘提供了新的工具和方法。随着技术的不断发展和完善，我们有理由相信，未来将会有更多令人振奋的发现等待着我们去探索。