西弗吉尼亚大学的一位理论天体物理学家将在首个计划中的太空探测器的研发中发挥关键作用，该探测器用于探测和精确测量引力波——空间和时间结构中的涟漪。

西弗吉尼亚大学埃伯利文理学院物理学和天文学副教授肖恩·麦克威廉姆斯 (Sean McWilliams ) 是2015 年首次探测到这些不可见波纹的团队的一员，该波纹证实了阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。现在，在 NASA 的“促进竞争性研究的既定计划”提供的 75 万美元支持下，麦克威廉姆斯将带头开发模型，以帮助促进计划中的太空探测器的观测。

该探测器被称为激光干涉空间天线(LISA)，将成为第一个专用的空间引力波观测站，用于测量广泛质量范围的双星。

引力波由爱因斯坦于 1916 年首次预测，可能由黑洞与中子星碰撞、大质量恒星在其寿命末期爆炸、甚至大爆炸产生的辐射残余等灾难性事件引起。

麦克威廉姆斯的团队将研究最终将合并的恒星质量双星的旋涡以及合并星系中心的大质量双星。LISA 将进一步加深科学家对宇宙的认识，并使他们能够更好地研究在正常光线下看不见的现象。

“LISA 信号相对于探测器噪声会比 LIGO 信号大得多，因此模型必须更加精确，以确保模型不会限制我们的科学研究，”西弗吉尼亚大学引力波和宇宙学中心负责人麦克威廉姆斯说道。“该项目将尝试在建模精度方面做出必要的大幅改进。”

LIGO 是激光干涉引力波天文台的缩写，是一座大型天文台，位于华盛顿和路易斯安那州，旨在探测引力波。2015 年的发现中，包括麦克威廉姆斯在内的团队就使用了它。

“对于超大质量黑洞双星，它们的自旋和偏心率分布对进入 LISA 波段之前的环境很敏感，”麦克威廉姆斯说。“此外，LISA 可以比地面探测器更早地观测恒星质量双星，测量它们的自旋和偏心率可以深入了解它们的形成和演化历史，而这些是其他方式无法获得的。”

LISA 预计将于 2035 年发射。

研究人员还将以麦克威廉姆斯开发的“后向一体法”模型为基础。麦克威廉姆斯计算出了两个黑洞合并产生的信号的精确数学公式，使科学家更容易分析引力波。

在后向一体法出现之前，研究人员依靠数学变换来计算黑洞合并的精确波形。这可能是一项艰巨的任务，需要进行多次数值模拟。

麦克威廉姆斯利用广义相对论计算了一个微小的测试质量如何螺旋式进入并扰动最终的黑洞，从而可以得出更准确的报告。

“我们将首先提高目前可用的最佳旋涡模型的效率，并用 BOB(反向单体)取代合并信号，”麦克威廉姆斯说。“从那里，我们将能够快速评估提高整个波形准确性的新想法。最终，我们计划建立一个基于整个信号中所有已知物理学的模型，然后为该模型添加可调谐性。”

McWilliams 的团队包括兼职副教授 Zach Etienne 。

“我的团队多年来一直致力于这项工作，能够得到这样的支持，我感到非常欣慰，”麦克威廉姆斯说。“这也让我们感到谦卑，因为这意味着我们现在有责任帮助 LISA 完成其科学任务。老实说，这个挑战有点艰巨，因为目前的模型远未达到所需的精确度，而且未来十年很快就会过去。该仪器正在建造中，如果没有灾难发生，它将在十年后发射。”