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引力透镜与引力波宇宙学

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木成盛, 曹硕. 2025: 引力透镜与引力波宇宙学, 物理, 54(7): 451-460. doi: 10.7693/wl20250701
引用本文: 木成盛, 曹硕. 2025: 引力透镜与引力波宇宙学, 物理, 54(7): 451-460. doi: 10.7693/wl20250701
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MU Cheng-Sheng, CAO Shuo. 2025: Gravitational lensing and gravitational-wave cosmology, Physics, 54(7): 451-460. doi: 10.7693/wl20250701
Citation: MU Cheng-Sheng, CAO Shuo. 2025: Gravitational lensing and gravitational-wave cosmology, Physics, 54(7): 451-460. doi: 10.7693/wl20250701
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引力透镜与引力波宇宙学

  • 1 北京师范大学物理与天文学院 北京 100875;

  • 2 北京师范大学 天文与天体物理前沿科学研究所 北京 102206

    • 通讯作者: 曹硕,email:caoshuo@bnu.edu.cn

Gravitational lensing and gravitational-wave cosmology

  • 1 School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;

  • 2 Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University, Beijing 102206, China

    • Corresponding author: CAO Shuo, caoshuo@bnu.edu.cn

  • 摘要: 引力透镜与引力波是爱因斯坦广义相对论的两个重要预言。引力透镜早已成为丰富的天文观测现象和强有力的天体物理手段，引力波的直接探测则为人类探索宇宙打开了另外一扇全新的窗口。文章阐述透镜化引力波在当今天文学中的重要意义，重点论述引力波的透镜现象及其在现代宇宙学中的独特应用。首先回顾电磁波引力透镜的理论基础和观测历史，详细讨论透镜化引力波的独特性(包括其在时间延迟测量上的高精度优势以及波动光学效应带来的复杂调制模式)。之后详细介绍三种识别透镜化引力波信号的方法，及其在暗物质和其子结构探测、哈勃常数精确测量、区分暗能量与修正引力理论等方面的最新应用。最后强调未来地面—空间引力波探测器在此领域的重要作用，并期待其成为现代宇宙学研究中不可或缺的强大工具。
    Abstract: Gravitational lensing and gravitational wave are two important predictions of Einstein’s theory of general relativity. Gravitational lensing has become a powerful astrophysical tool with rich astronomical observations, while the direct detection of gravitational waves has opened a brand-new window to explore the Universe. This paper presents the significance of lensed gravitational waves in astronomy, with particular emphasis on gravitational wave lensing phenomena and their distinctive applications in modern cosmology. Firstly, we review the theoretical framework and observational history of electromagnetic gravitational lensing, followed by a detailed discussion of the unique characteristics of gravitational wave lensing, including its high-precision time delay measurements and the intricate modulation patterns induced by wave optics effects. Secondly, three methods for identifying lensed gravitational wave signals are also detaildly outlined, with their application in dark matter and its substructure detection, Hubble constant measurement, and tests of dark energy and modified gravity theories. Finally, we emphasize the crucial role of future ground and space-based gravitational wave detectors, with the expectation that lensed gravitational waves will serve as a indispensable and powerful tool in modern cosmology.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-06-10
  • 刊出日期:  2025-07-25

引力透镜与引力波宇宙学

    通讯作者: 曹硕,email:caoshuo@bnu.edu.cn
  • 1 北京师范大学物理与天文学院 北京 100875;
  • 2 北京师范大学 天文与天体物理前沿科学研究所 北京 102206
  • 收稿日期:  2025-06-10

摘要: 引力透镜与引力波是爱因斯坦广义相对论的两个重要预言。引力透镜早已成为丰富的天文观测现象和强有力的天体物理手段，引力波的直接探测则为人类探索宇宙打开了另外一扇全新的窗口。文章阐述透镜化引力波在当今天文学中的重要意义，重点论述引力波的透镜现象及其在现代宇宙学中的独特应用。首先回顾电磁波引力透镜的理论基础和观测历史，详细讨论透镜化引力波的独特性(包括其在时间延迟测量上的高精度优势以及波动光学效应带来的复杂调制模式)。之后详细介绍三种识别透镜化引力波信号的方法，及其在暗物质和其子结构探测、哈勃常数精确测量、区分暗能量与修正引力理论等方面的最新应用。最后强调未来地面—空间引力波探测器在此领域的重要作用，并期待其成为现代宇宙学研究中不可或缺的强大工具。

English Abstract

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