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#SpaceWatchGL访谈:寻找引力波,Catia Grimani教授访谈

图片由ESA提供。

像所有的波一样,引力波传输能量,产生扰动。我们可以通过想象一根绳子将它们可视化,该绳子一端固定并紧紧地固定在另一根绳子上。当我们对其施加垂直脉冲时,我们会产生扰动— a “wave” —传播到另一端。

绳子就像时空“fabric,”引力波可以想象为某些时空物体,四极引力质量对时空结构产生的扰动,例如轨道空间物体的二元系统或非球形重物(如黑洞,中子星,超新星等) )。像空旷空间中的电磁波一样,引力波以光速传播,因此需要非常灵敏的仪器才能检测出10级数量级的扰动-12 米于2.5 * 109

Since they were first predicted, scientists have been working on the detection and relevant data analysis of gravitational 波s. One of these scientists is Catia Grimani教授, Associate Professor at the 乌尔比诺大学Carlo Bo in 意大利.

Catia Grimani教授的主要科学兴趣是寻找主要宇宙射线中的反物质,通过球囊磁能谱仪实验研究主要和次要宇宙射线通量以及对限制高能粒子性能的环境研究。太空仪器在剂量吸收和效率损失方面。 

图片由C. Grimani提供。

她是欧洲航天局(ESA)激光干涉仪太空天线(LISA)探路者和LISA任务的核心团队成员。自2003年以来,她一直负责意大利佛罗伦萨核物理研究所的LISA探路者和LISA研究小组。她还管理着参加LISA联盟的乌尔比诺大学团队,该团队的工作于2016年获得了ESA企业团队成就奖,并于2017年获得了美国宇航学会的太空技术奖。

航天工业信息港’Tiziana Casinelli有机会就这项重要科学研究采访了Grimani教授。

Professor Grimani, why are gravitational 波s so important for science?

引力波由爱因斯坦(Albert Einstein)于1915年正式预测,并于2015年底由LIGO-Virgo与地球探测器(激光干涉仪)合作首次发现。它们对科学的重要性是多方面的,它们的发现对于证明爱因斯坦的直觉是至关重要的,即不能仅靠牛顿的力来描述引力,而是要通过扭曲大块物质产生的时空织物来形容,例如坐在床垫上的河马。

图片由ESA提供。

激光干涉仪空间天线(LISA)探路者和LISA任务的目标是什么,它们如何相互联系?

LISA探路者和LISA都是欧洲航天局的任务,NASA是其初级合作伙伴。 LISA探路者号于2015年12月3日发射升空,并于2017年7月18日终止。该任务绕Lagrange点L1绕行,距地球150万公里。

它旨在测试将应用于LISA的技术,LISA是第一款用于太空中低频引力波检测的干涉仪。还期望它为科学提供重要的数据和测量—特别是LISA任务,预计将在15年内启动。 LISA探路者任务还提供了有关行星际介质特性的辅助但重要的线索,这些线索将在太空天气中找到应用。

LISA航天器上的技术将能够检测引力波的通过。这将通过测量放置在每个航天器上的两个金铂立方块的运动来实现,并保持在理想的自由落体状态。航天器之间的距离将为250万公里。这些测试物质起着从相邻航天器发射的激光束的反射镜的作用; “镜子”将在任何引力波通过时移动,也由于其他类型的扰动(噪声)而移动。

LISA Pathfinder的主要目标是帮助识别所有类型的噪声,以定义在高于该阈值的情况下,测试质量的运动是由重力波引起的。需要此信息以构建能够以femtog精度(10)在理想真空中测量质量加速度的技术-15 g,即地球上的重力加速度),这意味着测量病毒以自由落体状态加速物体质量的效果。

乌尔比诺大学在这些任务中起什么作用?

LISA任务的协作团队希望检测引力波传播,并将它们与杂散力产生的噪声区分开来:这是Urbino集团的框架。我们致力于确定可能限制空间干涉仪效率的空间环境事件,并可能在自由落体中扰动测试质量。我们研究了产生带电的高能银河系和太阳系源的扰动,这些高能粒子穿透了航天器并停在了测试质量中,从而产生了一种噪声源。

LISA探路者团队如何组成?

LISA探路者合作项目只有不到70人。来自意大利,德国,英国,法国,瑞士,西班牙,荷兰的小组和一个美国小组组成了合作。乌尔比诺大学为该团队贡献了三名专家。

LISA探路者任务的状态是什么?

LISA探路者是一项非常成功的任务,几乎可以完全实现其目标。特派团于2017年7月18日终止。

值得一提的是,除了取得重大成就外,科学合作还对万有引力常数进行了精确测量,测量了在被宇宙射线撞击的金属表面分离时发射的低能电子的剂量和效应,并且,最后但并非最不重要的一点是,我们可以对L1轨道的流星体进行分类。

这项任务对于科学而言绝对是巨大的成功!

由于有了这些成果,您现在在LISA任务上取得了长足的进步。谁在这支球队中?

LISA的核心团队基本上与LISA Pathfinder的核心团队相对应。还有一个财团,由大约1200名从事LISA科学工作的科学家组成。他们将成为任务数据的主要用户。

图片由ESA提供。

LISA项目的状态如何?您希望从这次任务中获得什么?

LISA航天器将在2034年与同一发射器一起起飞。飞行任务正在进行A期开发,旨在最终确定其所有组件的采购过程。该星座到达其最终轨道大约需要一年,并且其任务寿命为四到六年。

As you wait for the LISA mission, what existing experiments are being used to detect gravitational 波s?

捕获重力波的主要地基探测器是美国的两个干涉仪LIGO和意大利的干涉仪VIRGO;其他国家正在建设中,并且正在日本,印度和澳大利亚进行优化。这些实验使我们能够检测到某个频率(约1 Hz)以上的波,而LISA基于太空的实验将使我们能够检测到低于该阈值的事件。

同样,在运行LISA的情况下,利用相同的天体物理源,天基和地基干涉仪之间的多波段天文学将成为可能。例如,LISA可以测量星状黑洞双星的吸气阶段数年,而地面探测器将只能在一分钟内探测到同一系统的合并,但是科学家将能够用LISA数据并进行更精确的分析以测试重力波的假设。

航天工业信息港 感谢乌尔比诺大学的Catia Grimani教授的采访。

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