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引力波是爱因斯坦广义相对论的重要理论预言，它是爱因斯坦场方程的波动解，代表了以光速传播的四维时空背景的波动。引力波是物理学和天文学的交叉领域，是当前国际学术研究的前沿热点。基础理论上，可以利用引力波在强场条件下检验广义相对论，研究致密天体的物态。天文上，引力波是一种有别于电磁波、宇宙射线、中微子的新观测窗口，势必会对揭示宇宙和天体形成与演化的过程和机制提供新的信息，甚至发现意料之外的新现象。

2016年2月，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布首次直接探测到恒星质量双黑洞并合所产生的引力波事件（GW150914）。随后，LIGO-Virgo联合发现了一系列双黑洞并合事件以及双中子星并合事件（GW170817）。这些新发现打开了引力波天文学和宇宙学的新纪元。三位对LIGO做出卓越贡献的物理学家被授予2017年诺贝尔物理学奖。

除了地面激光干涉仪，空间激光干涉引力波探测器也越来越引起关注。空间探测器的科学目标是探测mHz频段的引力波信号。这个频段具有非常丰富的波源，包括大质量双黑洞、银河系致密双星、极端质量比旋进系统、随机引力波背景等。2015年12月LISA探路者（LISA-Pathfinder）发射，它成功的演示和测试了LISA所需的一系列关键技术（空间激光测距、空间加速度计、无拖曳控制等）。2017年欧洲空间局（ESA）正式选择LISA计划为其第三个大型项目（L-3）。国内提出了“天琴”计划和“太极”计划。这些空间计划预计在30年代初发射。

在极低频波段（1 nHz-1 uHz），脉冲星计时阵列（PTA）是当前最具前景的手段。过去十年中，PTA对随机引力波背景、连续单源、引力波爆发等各类信号的探测灵敏度不断提高。不久的将来，PTA有望打开极低频引力波的窗口，观测到诸如超大质量双黑洞的旋进与并合、早期宇宙相变、宇宙弦衰变、原初黑洞等产生的引力波，甚至探测到银河系轴子暗物质的痕迹。这些新发现将对早期宇宙演化、大尺度结构与星系形成、引力理论检验等方向带来深刻的影响。我国的FAST与国际合作的SKA射电望远镜也将探测极低频引力波列为主要科学目标。

本课题组围绕地面、空间、PTA等引力波探测手段涉及的物理和天文学内容开展研究。包括引力波波源物理建模、地面和空间探测器实验方案设计、地面探测器量子测量学、空间和PTA数据处理等。