[论文解读] Laser Interferometer Space Antenna

Pau Amaro‐Seoane, H. Audley+82 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2017

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 1,375

一句话总结

本文介绍了 LISA 任务概念：一个三艘飞船、2.5 million km 三角形干涉仪，在为期四年的任务中实现全天空观测的引力波。

ABSTRACT

Following the selection of The Gravitational Universe by ESA, and the successful flight of LISA Pathfinder, the LISA Consortium now proposes a 4 year mission in response to ESA's call for missions for L3. The observatory will be based on three arms with six active laser links, between three identical spacecraft in a triangular formation separated by 2.5 million km. LISA is an all-sky monitor and will offer a wide view of a dynamic cosmos using Gravitational Waves as new and unique messengers to unveil The Gravitational Universe. It provides the closest ever view of the infant Universe at TeV energy scales, has known sources in the form of verification binaries in the Milky Way, and can probe the entire Universe, from its smallest scales near the horizons of black holes, all the way to cosmological scales. The LISA mission will scan the entire sky as it follows behind the Earth in its orbit, obtaining both polarisations of the Gravitational Waves simultaneously, and will measure source parameters with astrophysically relevant sensitivity in a band from below $10^{-4}\,$Hz to above $10^{-1}\,$Hz.

研究动机与目标

• 将 LISA 任务确立为在 LISA Pathfinder 和 ESA 的 Gravitational Universe 选择之后的下一个重要引力波观测站。
• 描述任务体系结构与运行概念（三个相同的飞船在三角形阵列中，具六条激光链路）。
• 突出 LISA 在广泛频段内的科学潜力以及可观测的天体物理来源。
• 强调全天空监测能力以及同时测量引力波两极化态的能力。
• 概述在相关频段内的预期灵敏度和性能。

提出的方法

• 提出一个由三臂组成、六条主动激光链路覆盖航天器之间 2.5 百万公里的任务设计。
• 描述观测站如何扫描天空并沿地球轨道运行以实现全天空覆盖。
• 解释该仪器将测量引力波的两极化态并推导源参数。
• 将目标引力波频带定义为大致从低于 10^-4 Hz 到高于 10^-1 Hz。
• 指明任务期限为四年，以及从 LISA Pathfinder 的成果到 L3 槽位提案的路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 为 L3 提议的三臂太空基引力波干涉仪的架构及其可行性是什么？
• RQ2 LISA 在 10^-4 Hz 至 10^-1 Hz 频段的预期灵敏度和天空覆盖范围是多少？
• RQ3 LISA 能探测和表征哪些类型的引力波源（如验证双星、大质量黑洞并合等）？
• RQ4 LISA 将如何同时测量两极化态并推断源参数？
• RQ5 任务时间表以及来自 LISA Pathfinder 和 ESA 的 Gravitational Universe 选择的前例是哪些？

主要发现

• 提出一个为期四年的 LISA 任务，由三艘相同飞船组成的三角形阵列，相距 2.5 百万公里。
• 具六条主动激光链路，能够实现全天空引力波监测。
• 在低于 10^-4 Hz 至高于 10^-1 Hz 的频带内工作，并且能测量引力波的两极化态。
• 使检测范围覆盖从银河系验证双星到宇宙学及黑洞系统的广泛源。
• 建立在 LISA Pathfinder 的成功基础上，并与 ESA 的 L3 任务机会相结合。
• 提供对引力波天空具有天体物理相关灵敏度的参数估计。