寻找银河系最亮的引力波源 “作为天文界的“网红”

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作为天文界的“网红”，引力波的研究当前可谓是炙手可热。当这场有声电影拉开帷幕，首先登场的我们银河系内的“明星”。

几周之前，盖亚

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卫星探测器发布了自2013年升空之后的数据。这些数据包含了使用“视差法”对超过十亿颗恒星进行测量，这在天文学的许多领域都具有革新的意义。

在今天我们要介绍的这篇论文中，论文作者利用盖亚的数据对一些作为引力波源的双星进行分析，并预测了这些双星在LISA探测器中的可视度。

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图一:LISA空间计划包含了3枚通过激光束连接起来的卫星，其激光束也将用于监控它们之间距离的变化。

图片来源:NASA

当我们谈到引力波探测器的时候，大多数人会首先想到像LIGO这样的探测器。在两年前，LIGO成为世界上第一个探测引力波的实验;而在去年，LIGO和Virgo联合探测到两颗中子星的融合而产生的引力波信号，我们对宇宙的观测从此告别了默片时代。

迄今为止，已经有6次引力波现象被探测到，而这些现象所涉及到的质量和能量尺度是我们作为人类难以理解的。

在当下，我们仅有像LIGO和Virgo这些地基的引力波探测器，而在可预见的未来，空间的探测器计划已经被提上日程。

一项名为LISA(Laser Interferometer Space Antenna，激光干涉空间天线)

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的空间引力波探测仪正处于筹划阶段，并且计划将于2030年左右发射升空。

LISA包含了三枚构成等边三角形的卫星，每两枚卫星之间距离250万公里，由激光相互连接。它将比地基的探测仪对于低频引力波信号更为敏感，这使得它能够探测到更高质量黑洞产生的引力波现象，比如一个超大质量黑洞吞噬一颗中子星;此外，它还能探测到早期宇宙中的天体碰撞。

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图二:猎犬座AM的艺术概念图，左侧的白矮星正在从右侧的大体积低密度天体吸收物质。

图片来源:NASA/CXC/M. Weiss

除了这些距离遥远的天体现象，LISA还能够探测到我们银河系内的引力波。

这些系内的引力波源通常是相距较近的高密度高质量双星，其中最为常见的是一类被称为“猎犬座AM型变星体系(AM CVns)

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”的天体对。一个这样的双星体系含有一颗大质量的白矮星，它会从伴星的大气中不断吸收物质，而这样一颗伴星通常是另一颗白矮星或者半简并星。由于这样两颗星的质量都很大而且相距很近，它们的公转周期有可能短达5分钟。

这样的系统将会是LISA第一批观测到的目标，也就是说，如果我们对于其中一些比较了解的话，我们可以用它们来对LISA进行测试和校准。

这就是今天我们介绍的这篇论文的工作方向，论文作者利用新近发布的盖亚的数据来测量这些我们已知的双星体系距离地球的距离，在此基础上，他们估算出了理论上这些体系能释放出的引力波的强度。

科普

引力波的强度

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对引力波的“强度”进行量化的时候，我们使用的术语是“应变

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”，指的是当引力波经过某一区域的时候，对应的空间被拉伸的程度。举个栗子，一段“应变”为10的负20次方的引力波表示它能够将一条长度为1米的尺子拉伸10的负20次方米(这比一个质子的大小还要短)。下面图三中展示了论文中预测的双星体系的引力波强度，并与LISA的探测极限做了比较。

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图三:论文中所包含的引力波信号的强度，以及LISA的探测极限。黑色数据点表示猎犬座AM型变星，红色数据点表示双白矮星，蓝色数据点表示白矮星+亚矮星的组合。

图片来源:T. Kupfer et al., LISA verification binaries withupdateddistances from Gaia Data Release 2,MNRAS,2018

在论文中，作者发现并讨论了16个双星体系，其中11个是猎犬座AM型变星体系，4个是双白矮星体系，还有一个是由一颗白矮星与一颗亚矮星(介于白矮星与主序星之间的恒星)组成的双星。

接下来，我们还可以使这些估算的结果更加精确。对于其中一些双星体系，我们目前还并不知道它们准确的质量，因此论文作者是根据一些相似的体系来进行推测的，不过这也很大程度上增加了数据的误差。

如果我们能找到一种能够准确测量它们质量的方法，那将会得到更精确的引力波强度的估值。尽管如此，根据盖亚的数据测得的距离对于我们理解这些引力波源来说是一项重大进展，这也将是我们在不久的将来对LISA进行校准的一项必需的步骤。敬请期待LISA将要为我们呈现的精彩宇宙!

参考文献:

1. T. Kupfer et al.,LISAverification binaries withupdateddistances from Gaia Data Release 2,MNRAS,2018

2. https://astrobites.org/2018/05/07/__trashed-2/

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作者:T. Kupfer et al.; M. Green

编译:刘滨阳

排版:刘滨阳

『天文湿刻』牧夫出品

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两颗中子星融合释放出引力波的数值模拟图

图片来源:Max Planck Institute for Gravitational Physics

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