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引力波视角下的世界图景

科学通报 2020年第35期65卷 4013-4017页

作者：邵立晶北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871

自古希腊以来,人们一直都在探索茫茫星空的无尽奥秘.1609年的秋天,45岁的意大利天文学家伽利略(Galileo Galilei)把望远镜指向了天空,打开了一扇观测宇宙的窗口,彻底改变了人类对世界的认识.伽利略本人也被后人尊称为"现代科学之父"和"... 详细信息

自古希腊以来,人们一直都在探索茫茫星空的无尽奥秘.1609年的秋天,45岁的意大利天文学家伽利略(Galileo Galilei)把望远镜指向了天空,打开了一扇观测宇宙的窗口,彻底改变了人类对世界的认识.伽利略本人也被后人尊称为"现代科学之父"和"观测天文学之父".如今,人们已经不再局限于通过肉眼和可见光来观测星空.

关键词：现代科学引力波世界图景伽利略观测天文学天文学家星空望远镜

引力波望远镜的装调误差对TTL噪声的影响研究

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光学学报 2023年

作者：崔新旭方超王智中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

研究引力波望远镜的装调误差对望远镜的TTL耦合噪声的影响。通过控制变量法，保持其他参量不变，仅对引力波望远镜中的某项装调公差进行赋值，仿真分析引力波望远镜中的某项装调公差对出瞳位置变化的影响，进而计算出激光干涉信号经过... 详细信息

研究引力波望远镜的装调误差对望远镜的TTL耦合噪声的影响。通过控制变量法，保持其他参量不变，仅对引力波望远镜中的某项装调公差进行赋值，仿真分析引力波望远镜中的某项装调公差对出瞳位置变化的影响，进而计算出激光干涉信号经过全玻璃激光干涉仪，最终在四象限探测器上进行干涉时，由于引力波望远镜的装调公差的存在，导致的TTL耦合噪声的变化情况。通过对比发现，引力波望远镜的主镜与次镜的距离公差，对引力波望远镜的TTL耦合噪声影响大于其他光学元件之间的距离公差对TTL耦合噪声的影响。主镜和次镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化与次镜和三镜之间的距离公差、三镜和四镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化符号相反；光阑和主镜之间的距离装调公差对TTL耦合噪声的变化影响很小，可以忽略不计。各个光学元件的距离装调公差导致的TTL耦合噪声的变化量与抖动角度之间呈抛物线规律分布。在装调空间引力波望远镜时，应着重控制主镜与次镜之间的距离误差。并且可以使用次镜和三镜的距离装调误差、三镜和四镜之间的距离装调误差导致的TTL耦合噪声部分抵消由装调主镜和次镜之间的距离误差导致的TTL耦合噪声。

关键词：光学引力波干涉测量望远镜装调公差

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惯性传感器地面弱力测量系统热设计

中国光学(中英文) 2023年第6期16卷 1404-1413页

作者：任丽敏陈立恒孟旭王智中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学科学学院杭州310024

为了满足惯性传感器地面弱力测量系统的超高温度稳定性要求,对整个系统进行了热设计。首先,介绍了惯性传感器地面弱力测量系统的结构、敏感结构传热路径和内部热源。其次,根据系统热控指标要求,提出了采用三级热控结构和比例积分微分(P... 详细信息

为了满足惯性传感器地面弱力测量系统的超高温度稳定性要求,对整个系统进行了热设计。首先,介绍了惯性传感器地面弱力测量系统的结构、敏感结构传热路径和内部热源。其次,根据系统热控指标要求,提出了采用三级热控结构和比例积分微分(PID)控制算法相结合的高精度热控方式,减少温度噪声对惯性传感器探测灵敏度的影响。然后,采用UG/NX软件建立有限元模型,并进行了不同工况条件下的热分析计算,得到了惯性传感器地面弱力测量系统在时域上达到平衡后的温度变化值为(1.2~1.6)×10^(−5)K。最后,将惯性传感器地面弱力测量系统在时域上的温度分布在频域上进行描述,得到惯性传感器敏感结构的温度稳定性结果。分析结果表明,在当前热控措施下,惯性传感器敏感结构的温度稳定性均优于10^(−4)K/Hz^(1/2),满足热控指标需求,热设计方案合理可行。

关键词：引力波惯性传感器热设计 PID控制

分赫兹引力波探测助推双中子星并合的多信使研究

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中国科学:物理学、力学、天文学 2023年第10期53卷 168-180页

作者：康亚城刘畅朱锦平邵立晶北京大学物理学院天文学系北京100871 北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871 中国科学院国家天文台北京100012

作为目前唯一一例人类明确探测到引力波信号及成协电磁对应体的双中子星并合事件,GW170817的发现提供了诸多天体物理过程与现象的关键信息,标志着多信使天文学新时代的开启.但地基引力波探测设备的探测灵敏频段较高,为双中子星并合事件... 详细信息

作为目前唯一一例人类明确探测到引力波信号及成协电磁对应体的双中子星并合事件,GW170817的发现提供了诸多天体物理过程与现象的关键信息,标志着多信使天文学新时代的开启.但地基引力波探测设备的探测灵敏频段较高,为双中子星并合事件提供引力波预警信号的能力有限.因此,我们考虑利用空间分赫兹引力波探测器为人们提供足够长时标的引力波信号预警,以实现后随电磁搜寻设备对并合事件的及时响应.在假定四年任务运行周期的条件下,本文重点展示了两类空间分赫兹引力波探测器(B-DECIGO和DO-Conservative)定位双中子星并合事件天区及并合时间的能力.对于在探测器开始运行后1–4年内并合的事件,探测器提供的空间、时间定位的预期结果最好,分别可达ΔΩ~10^(–2)deg^(2)和Δt_(c)~0.2 s.围绕因双中子星并合而产生的各类电磁暂现事件,我们针对高能辐射、紫外-光学-近红外辐射、射电辐射等举例讨论了可能的天体物理过程,以及利用空间分赫兹引力波探测器实现多信使预警探测的独特优势与未来展望.

关键词：引力波中子星多信使天文学辐射过程

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人类首次探测到中子星-黑洞并合

科学通报 2022年第22期67卷 2610-2615页

作者：陆由俊郭潇中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

2020年1月5日,美国的地基激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory,LIGO)探测到首例中子星-黑洞并合事件GW200105.这是继2015年9月14日探测到双黑洞并合引力波事件GW150914、2017年8月17日探测到双... 详细信息

关键词：黑洞并合中子星激光干涉引力波天文台引力波人类首次

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引力波探测中的噪声抑制技术综述

天文学进展 2022年第4期40卷 556-574页

作者：王坦何思译徐佳文东南大学仪器科学与工程学院南京210096 南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210094

近年来,微弱引力波探测取得了重要进展。针对引力波测量中的噪声抑制问题,综述了引力波探测的棒状引力波探测器、地面激光干涉仪、空间激光干涉阵列等几种典型方法,解释引力波探测原理,介绍各种引力波探测方法中热噪声、散粒噪声和杂散... 详细信息

近年来,微弱引力波探测取得了重要进展。针对引力波测量中的噪声抑制问题,综述了引力波探测的棒状引力波探测器、地面激光干涉仪、空间激光干涉阵列等几种典型方法,解释引力波探测原理,介绍各种引力波探测方法中热噪声、散粒噪声和杂散气体噪声等噪声来源,阐述噪声抑制方法,并介绍四重悬挂、信号重循环、压缩太光场等新型噪声抑制技术。针对空间引力波探测,重点关注时间延迟干涉和锁臂技术等与地面探测方法不同的噪声抑制技术。

关键词：引力波激光干涉压缩态光场无拖曳控制

双高斯喷流结构及其形成过程:来自GRB 170817A余辉的限制

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第12期52卷 152-161页

作者：魏芳张震东俞云伟刘良端华中师范大学天体物理研究所武汉430079

短时标伽马射线暴(简称短暴)GRB 170817A是人类发现的第一个与引力波事件成协的伽马暴,为深入研究短暴的发生机制提供了宝贵的机会,其中它的多波段余辉辐射很可能展示了喷流的角向结构.而有关短暴的大样本统计研究表明,如果用高斯函数... 详细信息

短时标伽马射线暴(简称短暴)GRB 170817A是人类发现的第一个与引力波事件成协的伽马暴,为深入研究短暴的发生机制提供了宝贵的机会,其中它的多波段余辉辐射很可能展示了喷流的角向结构.而有关短暴的大样本统计研究表明,如果用高斯函数来唯象描述喷流结构,很可能需要引入两个高斯函数才能够把GRB170817A的辐射和其他普通的短暴统一起来.换言之,GRB 170817A的瞬时辐射很可能来自具有更大张角的额外喷流成分.因此,为了检验这种双高斯喷流结构和GRB 170817A余辉数据的相容性,本文计算了该喷流结构在偏轴观测下的多波段余辉,发现外高斯成分的引入能够很好地解释GRB 170817A余辉数据的早期上扬趋势.在此基础上,我们还计算了喷流在并合抛射物中的传播和突破过程,表明这些过程可以自然导致观测限制所得的双高斯喷流结构,从而展现出了模型的整体自洽性.此外,对喷流传播过程的观测限制也为我们了解并合抛射物的性质提供了新的线索.

关键词：伽马射线暴 GRB喷流引力波

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透镜化引力波的散射问题及其应用

科学通报 2021年第20期66卷 2516-2528页

作者：范锡龙武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

引力波的直接探测开启了引力波天文学时代.引力波传播路径中的大质量天体,例如黑洞、星系、星系团会散射引力波,发生引力透镜化引力波现象.这种现象包含动态引力场(引力波)、静态引力场(透镜体)以及宇宙学信息.透镜化引力波是引力波探... 详细信息

引力波的直接探测开启了引力波天文学时代.引力波传播路径中的大质量天体,例如黑洞、星系、星系团会散射引力波,发生引力透镜化引力波现象.这种现象包含动态引力场(引力波)、静态引力场(透镜体)以及宇宙学信息.透镜化引力波是引力波探测器重要科学目标之一.本文介绍了利用测地线方程、透镜方程和波动方程研究透镜化引力波的定态散射问题,回顾了利用透镜化引力波-电磁波系统研究引力波张量特性、干涉和衍射效应,以及其在引力波速度、哈勃常数、宇宙曲率、透镜体质量和子结构等方面的应用.

关键词：引力波引力透镜衍射宇宙学

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脉冲星发现55年:中国天眼展望

科技导报 2022年第24期40卷 72-77页

作者：张承民崔翔翰王德华杨佚沿张见微余竞孙益洪王双强吴庆东潘元月周世奇叶长青中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学物理科学学院北京100049 中国科学院FAST重点实验室北京100101 贵州师范大学物理与电子科学学院贵阳550025 贵州师范学院物理与电子科学学院贵阳550018 中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 湘潭大学物理与光电工程学院湘潭411105 中山大学物理与天文学院珠海519082

脉冲星的发现是人类认识宇宙的重要里程碑之一。介绍了脉冲星自发现至今55年来的研究进展,包括引力波与广义相对论的验证、毫秒脉冲星、脉冲星周期跃变、脉冲星射电辐射效率、快速射电暴与河外脉冲星等方面。展望了中国天眼(FAST)未来... 详细信息

脉冲星的发现是人类认识宇宙的重要里程碑之一。介绍了脉冲星自发现至今55年来的研究进展,包括引力波与广义相对论的验证、毫秒脉冲星、脉冲星周期跃变、脉冲星射电辐射效率、快速射电暴与河外脉冲星等方面。展望了中国天眼(FAST)未来发现新的特殊类型脉冲星的潜力,如黑洞脉冲星系统亚毫秒脉冲星/新型双脉冲星系统,依此实施更高精度验证引力波实验;利用FAST的高灵敏度、高精度研究脉冲星辐射的精细结构,深入了解其物理机制。

关键词：脉冲星中子星引力波中国天眼