LISA的引力波观测将具有前所未有的精度,有望探测到一个新的基础场。

发表在《自然-天文学》杂志上的一项新研究表明,激光干涉空间天线(LISA)的引力波观测将具有前所未有的精度,它将能够探测新的基础场。

广义相对论是正确的引力理论吗?引力可以用来探测新的基本场吗?根据2022年2月9日发表在《自然-天文学》上的这封信(由GSSI研究人员和来自SISSA、诺丁汉大学和罗马La Sapienza的研究人员撰写),表明这些问题的答案可能来自LISA,这是一个天基引力波(GW)探测器,预计将于2037年由欧空局/美国国家航空航天局发射。

新的基本场,尤其是标量,已经在各种情况下被假设:作为暗物质的解释,作为宇宙加速膨胀的原因,或者作为对引力和基本粒子给出一致和完整描述的低能表达式。

对引力场弱、时空曲率小的天体物理对象的观测,至今没有提供这种场的证据。但研究人员认为,在大曲率下,偏离广义相对论或者引力与新场的相互作用会更加突出。因此,GW的探测——它为强引力场系统打开了一个新的窗口——代表了探测这些场的独特机会。

极端质量比例脊柱(EMRI)是丽莎的目标来源之一。一个具有恒星质量的致密天体,无论是黑洞还是中子星,都吸积成质量是太阳数百万倍的黑洞,为探测引力强场系统提供了“黄金舞台”。较小的天体在落入超大质量黑洞之前会进行数万次轨道循环,这导致了长信号,使人们能够检测到爱因斯坦理论和粒子物理标准模型预测的哪怕是最小的偏差。

作者开发了一种新的信号建模方法,并批判性地评价了LISA首次探测到与引力相互作用耦合的标量场存在的能力,并测量了标量电荷,这是对EMRI小天体携带多少标量场的一种度量。值得注意的是,这种方法与理论无关,因为它不依赖于电荷来源本身,也不依赖于小天体的性质。分析还表明,这种测量可以映射到标记偏离广义相对论或标准模型的理论参数的强限制。

LISA致力于探测来自天体物理源的引力波,并将运行在一个由三颗卫星组成的星座中,围绕太阳运行,彼此相距数百万公里。LISA将观测低频发射的引力波,由于环境噪声,该波段无法被地面干涉仪使用。LISA的可见光谱将允许研究一系列新的天体物理源。与室女座和LIGO观测到的天体物理源不同,作为EMRIs,它为宇宙中各种环境下致密天体的演化打开了一个新的窗口。