[论文解读] Advancing the Landscape of Multimessenger Science in the Next Decade

K. Engel, Tiffany R. Lewis+92 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2022

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 10

一句话总结

本文概述了未来十年推进多信使天体物理学的战略愿景，倡导在电磁波、引力波和高能粒子信号之间开展协调一致的多信使观测。论文提出了像 MOSSAIC 和 CREDO 这类集成基础设施，以统一多样化的探测网络，强调多样性、公平性、包容性和可及性，以加强科学合作并确保该领域可持续发展。

ABSTRACT

The last decade has brought about a profound transformation in multimessenger science. Ten years ago, facilities had been built or were under construction that would eventually discover the nature of objects in our universe could be detected through multiple messengers. Nonetheless, multimessenger science was hardly more than a dream. The rewards for our foresight were finally realized through IceCube's discovery of the diffuse astrophysical neutrino flux, the first observation of gravitational waves by LIGO, and the first joint detections in gravitational waves and photons and in neutrinos and photons. Today we live in the dawn of the multimessenger era. The successes of the multimessenger campaigns of the last decade have pushed multimessenger science to the forefront of priority science areas in both the particle physics and the astrophysics communities. Multimessenger science provides new methods of testing fundamental theories about the nature of matter and energy, particularly in conditions that are not reproducible on Earth. This white paper will present the science and facilities that will provide opportunities for the particle physics community renew its commitment and maintain its leadership in multimessenger science.

研究动机与目标

• 为美国及全球范围内的多信使天体物理学未来发展制定全面且具有前瞻性的战略。
• 识别实现下一代多信使观测所需的关键科学机遇和技术进步。
• 促进地面和空间设施之间的协调，包括引力波、高能和宇宙射线探测器。
• 通过 DEIA（多样性、公平性、包容性、可及性）原则，在大型合作项目中倡导包容的科学文化。
• 建立可持续的、开放获取的基础设施，如 CREDO 和 MOSSAIC，以支持全球范围、多仪器、多信使科学。

提出的方法

• 提出 MOSSAIC（多信使科学与科学基础设施协调）概念，作为多信使天体物理学的中央协调框架。
• 倡导 CREDO（宇宙射线极广泛分布观测站）网络，作为全球分布、开放获取的传感器网络，用于宇宙射线和多信使事件探测。
• 将电磁波、引力波和中微子领域现有的及计划中的望远镜整合为统一的观测策略。
• 强调互操作性和数据共享协议，以实现实时和事后跨多样化探测系统之间的协调。
• 提倡利用多模态专业知识——结合多样的视角和认知风格——以增强大型合作项目中的科学问题解决能力。
• 建议为 DEIA 计划提供机构和资金支持，以确保在大型科学项目中实现公平参与。

实验结果

研究问题

• RQ1 在未来十年中，如何优化多信使望远镜之间的协调，以最大化科学回报？
• RQ2 需要哪些基础设施和协调框架，才能实现实时、多信使对瞬变宇宙事件的后续观测？
• RQ3 如何将开放、包容且可及的科学网络（如 CREDO 和 MOSSAIC）扩展，以支持全球参与和科学发现？
• RQ4 多样性、公平性、包容性和可及性（DEIA）在增强大型科学合作项目的韧性与创新能力方面发挥什么作用？
• RQ5 如何将现有和未来的设施整合为一个连贯的、多信使科学生态系统？

主要发现

• MOSSAIC 概念被提出作为中央协调机制，以统一多信使设施之间的科学优先事项、资源分配和数据共享协议。
• CREDO 网络被定位为可扩展、开放且包容的全球平台，用于宇宙射线和多信使探测，支持公民科学和多仪器协调。
• DEIA 原则被确认为维持科学创新并确保大型天体物理学合作中公平参与的关键要素。
• 本文指出，迫切需要提升不同探测系统之间的互操作性，以实现对瞬变事件的高效、实时多信使后续观测。
• 整合多模态专业知识——即融合多样的认知和文化视角——被证明可增强科学问题解决能力和发现潜力。
• 已获得 NASA 和 DFG 对该愿景关键组成部分（包括 MOSSAIC 和 DEIA 计划）的支持，表明该战略的重要性已获得机构层面的认可。