港科大团队提出高频重力波创新探测方法 助探索宇宙奥秘

港科大团队提出高频重力波创新探测方法 助探索宇宙奥秘

香港科技大学（科大）物理系副教授刘滔教授领导的研究团队近日提出了一种探测高频重力波（high-frequency gravitational waves， HFGWs）的突破性方法。该方法只需利用现时正在运作以及未来建造的天文望远镜，便可能在行星磁层中有效地探测高频重力波。这项研究突破有可能大大提高科学家探测高频重力波的能力，并促进对早期宇宙和剧烈天文事件的研究。

重力波可由早期宇宙的相变、原始黑洞的碰撞，甚至是高温粒子的辐射和衰变等事件产生，但重力波效应极其微弱，目前只在相对较低的频段中利用干涉测量被发现。利用重力波探索天文和宇宙学，仍然非常困难，尤其在1000 赫兹以上的高频段，干涉测量技术的使用也受到极大限制。

为了解决这个问题，刘滔教授带领及其博士后研究员张晨博士，与中国科学院高能物理研究所任婧教授合作组成的研究团队，取得突破性研究结果。研究利用了一个有趣的物理效应，即重力波在磁场中可以转换为潜在的、可被侦测到的电磁波。若利用行星磁层内的长路径提高转换效率，便可产生更多的电磁波讯号。由于这类行星实验室内信号通量的角分布广泛，因此若望远镜具有宽视野，探测能力可获得进一步增强。

这个崭新概念让天文望远镜化身成重力波信号的探测器，通过不同天文望远镜的合并使用，可以广泛覆盖高频重力波频率，与天文观测的电磁波频率相同（约兆赫兹至10^28赫兹）。这甚至包括很大一部分以前从未探索过的重力波频段。这项研究对近地轨道卫星探测器，以及木星磁层内正在执行任务的探测器的灵敏度，都进行了初步评估。

这次研究和相关结果已于 3月在《物理评论快报》发表，及后于5月更获《自然天文学》的重点文章以「以行星大小的实验室为宇宙学提出新见解（Planet-sized laboratories offer cosmological insights）」为题撰文介绍，强调这项研究对未来研究新型重力波探测技术的重要性。