引力波，作為愛因斯坦廣義相對論的預言，已成為探索宇宙奧秘和發現新物理現象的關鍵工具。宇宙中眾多引力波源自于雙黑洞、雙中子星等致密天體的演化，以及宇宙早期事件。全球地面引力波探測網絡，主要由LIGO、VIRGO、GEO600和KAGRA等探測器構成，通過聯合觀測，為科研人員提供了寶貴的宇宙信息。與地面探測不同，空間引力波探測屬于空間科學實驗，要求在衛星發射前完成數據分析方法研究，為探測特定引力波信號和參數反演做準備。
 

　　空間引力波探測主要集中在毫赫茲波段，能夠揭示銀河系內致密雙星系統的形成與演化、恒星級雙黑洞系統的天體物理演化、極端質量比旋近過程、大質量雙黑洞系統的演化等關鍵信息，對于檢驗引力理論、研究宇宙演化和探測未知引力波源具有不可替代的科學價值。
 

　　近期，中國科學院大學國際理論物理中心(亞太地區)和中國科學院國家天文臺的研究團隊在空間引力波探測領域取得了突破性進展，相關成果已發表在《中國科學：物理學 力學 天文學》的最新期刊中，為解決空間引力波探測中的一個長期存在的科學問題提供了新的解決方案。在空間引力波探測中，如何從銀河系白矮星雙星(DWDs)產生的強烈前景噪聲中準確探測超大質量雙黑洞(MBHBs)的信號，一直是該領域的關鍵挑戰。該研究首次考慮了空間探測器的軌道位置對MBHBs天空位置確定的影響，采用小波分解和最佳軌道位置搜索技術，成功將MBHBs的光度距離測量精度提升了約2倍，角分辨率提升了約20倍，即使在DWDs前景噪聲干擾下也能保持高精度。
 

　　圖1. (a)-(c)為MBHBs源：Q3-delay-1~Q3-delay-5探測器響應時間延遲干涉測量X構型(TDI-X)的振幅隨探測器軌道位置參數κ的變化。
 

　　(d)-(f)為Q3-delay-4波源定位結果，(d)最優案例(IdealCase)組，(e)最差案例(WorstCase)組，(f)經過小波處理后的最差案例(WorstCase)組。
 

　　在實驗中，研究團隊選擇了Q3-d模型中的五個MBHBs源，并在最佳觀測軌道位置上進行了觀測。通過Metropolis-Hastings馬爾可夫鏈蒙特卡洛(MCMC)方法對五個MBHBs源的位置參數進行了估計。研究結果表明，對于較強的MBHBs源，如Q3-delay-2、Q3-delay-3和Q3-delay-5，在95%置信水平下，最差案例(WorstCase)組的參數精度與最優案例(IdealCase)組相當。然而，對于較弱的MBHBs源，如Q3-delay-1和Q3-delay-4，WorstCase組的參數精度明顯低于IdealCase組。通過使用小波分解和重構方法，研究團隊能夠顯著減輕DWDs對較弱MBHBs源的影響。
 

　　該研究不僅提高了探測的準確性，還為多信使天文學提供了更多可能性。此外，通過提高對MBHBs的定位精度，為宇宙學常數的約束提供了新的視角，有助于科研人員更精確地測量宇宙的膨脹速率。
 

　　關于研究方法的更多細節，包括最佳軌道位置搜索、小波分解重構方法應用、以及對五個MBHBs信號的空間定位的結果分析，均在論文中進行了詳細闡述。相關工作不僅推動了空間引力波探測技術的發展，還可能對宇宙學研究產生深遠影響。隨著技術的不斷進步，人們有望通過空間引力波探測揭示更多關于宇宙早期結構和演化的信息，為人類對宇宙的認識貢獻新的篇章。
 

　　相關研究成果以“Sky location of Massive Black Hole Binaries in the foreground of Galactic white dwarf binaries”為題，于近日發表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy上。中國科學院大學國際理論物理中心(亞太地區)博士后郭盼為論文第一作者，中國科學院國家天文臺副研究員金洪波為論文通訊作者，中國科學院大學吳岳良院士和喬從豐教授對該工作提供了寶貴的建議。
 

　　上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項的資助。