从大爆炸之后筛选出引力波浪，了解早期宇宙的条件

原始引力波浪，在大爆炸后的时刻产生了近138亿年前，仍然通过宇宙呼应。

识别原始涟漪将是理解早期宇宙条件的关键。

在大爆炸后立即的时刻，第一个引力波响了出来。量子波动在新汤的原始物质中，这些最早的涟漪通过空时空的织物通过膨胀过程迅速放大，使宇宙爆炸地扩展。

原始引力波浪，近138亿年前，今天仍然通过宇宙回响。但是，它们被最近的事件产生的引力波的裂纹淹死，例如碰撞黑洞和中子恒星。

现在，由麻省理工学院研究生领导的团队开发了一种梳理引力波数据的原始涟漪的非常微弱的信号的方法。他们的结果本周在物理审查信中发布。

通过LIGO和其他引力波检测器几乎每天检测引力波，但原始重力信号是比这些探测器可以注册的多个数量幅度的数量级。预计下一代探测器将足够敏感，以便拾取这些最早的涟漪。

由麻省理工学院研究生领导的团队开发了一种方法来梳理从更新事件产生的引力波数据的原始涟漪的非常微弱的信号，例如碰撞黑洞和中子恒星。

在未来十年中，随着更敏感的仪器上网，可以应用新方法来挖掘宇宙的第一引力波的隐藏信号。然后，这些原始波的模式和性质可以揭示关于早期宇宙的线索，例如推动通货膨胀的条件。

“如果原始信号的强度在下一代探测器可以检测到哪个可以检测到的范围内，那么使用我们的方法将更或多或少地转动曲柄的问题MIT Kavli Astrophli Astrophersics及空间研究所的研究生Sylvia Biscoveanu说，“Sylvia Biscoveanu说。“这些原始的引力波可以告诉我们关于否则不可能探测的早期宇宙中的过程。”

Biscoveanu的共同作者是CALTECH的COLM TALBOT，埃里克大学埃里克·斯坦丁和罗里史密斯。

音乐会哼哼

追捕原始引力波的追捕主要集中在宇宙微波背景或CMB上，或者被认为是从大爆炸中剩下的辐射。如今，这种辐射渗透到电磁谱的微波带中最可见的能量。科学家认为，当原始的引力波起动时，它们以B模式的形式留下了CMB的印记，一种微妙的极化模式。

物理学家研究了B-Modes的迹象，最着名的是BICEP阵列，这是一系列BICEP2，其中在2014年被认为检测到B模式的科学家。然而，信号原因是由于银河粉尘。

由于科学家继续寻找CMB中的原始重力波，其他人正在直接在引力波数据中捕捉涟漪。一般的想法一直试图减去“天体物理前景” - 从天体物理源产生的任何引力波信号，例如碰撞黑洞，中子恒星和爆炸超新星。只有在减去这种天体物理前景后，物理学家才能获得可能包含原始波的更安静的，非协议的信号。

这些方法的问题Biscoveanu说，这是天体物理前景含有较弱的信号，例如从更脱落的合并，这太微弱地辨别，并且在最终减法中难以估计。

“我喜欢做的比喻就是，如果你在摇滚音乐会上，原始背景就像舞台上的灯的嗡嗡声，天体物理前景就像你周围所有人的所有谈话，”Biscoveanu解释说。“你可以减去一定距离的近距离谈话，但那么那些真正遥远或真正晕倒的人仍在发生，但你无法区分它们。当你衡量顽皮的笑声有多大声时，你会从这些额外的谈话中获得这种污染，你不能摆脱，因为你实际上不能挑逗他们。“

原始注射

为了他们的新方法，研究人员依靠模型来描述天体物理前景的更明显的“谈话”。该模型预测了引力波信号的模式，该波浪信号将通过不同质量和旋转的天体物理物体的合并而产生的。该团队使用该模型来创建重力波形图案的模拟数据，其既有强度和弱的天体物理源，如合并黑洞。

然后，该团队试图在这些模拟数据中表征潜伏的每个天体物理信号，例如识别二进制黑洞的质量和旋转。原说，这些参数更容易识别较大的信号，并且仅对最柔软的信号弱约束。虽然以前的方法仅用于每个信号的参数的“最佳猜测”，但要将其从数据中减去，但新方法占每个模式表征中的不确定性，因此能够辨别最弱音的存在，即使它们没有很好的特征。Biscoveanu表示，这种量化不确定性的能力有助于研究人员避免对原始背景的测量中的任何偏见。

一旦它们识别出在引力波数据中的这种明显的非谐波模式，它们留下了更多随机的原始重力波信号和每个检测器特定的乐器噪声。

原始的引力波被认为渗透到宇宙作为漫射，持续的嗡嗡声，研究人员假设应该相同，因此在任何两个探测器中都要相关。

相反，检测器中接收的其余噪声应特定于该检测器，并且与其他检测器不相关。例如，附近流量产生的噪声应根据给定检测器的位置而不同。通过将两个探测器中的数据进行比较，在依赖模型依赖的天体物理源之后，可以滴定原始背景的参数。

研究人员通过首先模拟一系列重力波数据来测试新方法，它们散布着表示诸如合并黑洞的天体物理来源的波形图案。它们还在整个数据中注入信号，类似于原始重力波的持久性嗡嗡声。

然后，它们将此数据拆分为四秒的段并将其方法应用于每个段，以了解它们是否可以准确地识别任何黑洞并识别它们注入的波的图案。在众多模拟运行中分析每个数据段，并且在不同的初始条件下，它们成功地提取了埋设的原始背景。

“我们能够同时适应前景和背景，因此我们得到的背景信号没有被剩余前景污染，”Biscoveanu说。

她希望再次敏感，下一代探测器在线来，可以使用新方法来交互和分析来自两个不同的检测器的数据，以筛选出原始信号。然后，科学家可能有一个有用的线程，他们可以追溯到早期宇宙的条件。

参考：“衡量天体物理前景的原始重力波背景”由Sylvia Biscoveanu，Colm Talbot，Eric Thrane和Rory Smith，2020年12月9日，物理评论信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.125.241101