科大團隊提出高頻重力波創新探測方法 助探索宇宙奧秘

由香港科技大學（科大）物理系副教授劉滔教授領導的研究團隊，最近提出了一種探測高頻重力波（high-frequency gravitational waves, HFGWs）的突破性方法，只需利用現時正在運作以及未來建造的天文望遠鏡，便可能在行星磁層中有效地探測高頻重力波。這項研究突破有可能大大提高科學家探測高頻重力波的能力，並促進對早期宇宙和劇烈天文事件的研究。

重力波可由早期宇宙的相變、原始黑洞的碰撞，甚至是高溫粒子的輻射和衰變等事件產生，但重力波效應極其微弱，目前只在相對較低的頻段中利用干涉測量被發現。利用重力波探索天文和宇宙學，仍然非常困難，尤其在1000 赫茲以上的高頻段，干涉測量技術的使用也受到極大限制。

為了解決這個問題，劉滔教授帶領及其博士後研究員張晨博士，與中國科學院高能物理研究所任婧教授合作組成的研究團隊，取得突破性研究結果。研究利用了一個有趣的物理效應，即重力波在磁場中可以轉換為潛在的、可被偵測到的電磁波。若利用行星磁層內的長路徑提高轉換效率，便可產生更多的電磁波訊號。由於這類行星實驗室內信號通量的角分佈廣泛，因此若望遠鏡具有寬視野，探測能力可獲得進一步增強。

這個嶄新概念讓天文望遠鏡化身成重力波訊號的探測器，透過不同天文望遠鏡的合併使用，可以廣泛覆蓋高頻重力波頻率，與天文觀測的電磁波頻率相同（約兆赫茲至10^28赫茲）。這甚至包括很大一部分以前從未探索過的重力波頻段。這項研究對近地軌道衛星探測器，以及木星磁層內正在執行任務的探測器的靈敏度，都進行了初步評估。

這次研究和相關結果已於 3月在《物理評論快報》發表，及後於5月更獲《自然天文學》的重點文章以「以行星大小的實驗室為宇宙學提出新見解（Planet-sized laboratories offer cosmological insights）」為題撰文介紹，強調這項研究對未來研究新型重力波探測技術的重要性。