引力波天文學的發展前景如何？

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建議區分短期，中期，長期討論，並結合可以通過引力波窗口實現的潛在科學目標。

謝邀。我先簡單說幾句立即能想到的。

短期內，擺在LIGO和其他類似激光干涉引力波實驗項目面前的大概有這麼幾個事：

1、繼續提升靈敏度
LIGO發現的第一個引力波事件，其實也就看到了併合之前七八個波峰，ringdown的部分，號稱是看到了，其實看到的東西跟雜訊也差不多了。所以LIGO還是得繼續把advanced-LIGO的升級繼續做好，靈敏度進一步改善後，往前，可以爭取到更長的事件預警時間；往後，可以把ringdown過程看的更細緻，有助於檢驗黑洞物理。當然更好的靈敏度可以帶來更多的事件樣本，做做統計可以檢驗lambda-CDM+恆星演化模型給出的預測準不準。

2、建更多的站，實現全球組網
包括VIRGO、GEO、KAGRA、LIGO-India等等，都得加緊上了。組網的好處：
1）提升靈敏度：不多說了。
2）改善對不同方向的響應能力：激光干涉儀對不同方向的響應靈敏度是不一樣的，對垂直於L型臂平面方向上的引力波事件無法產生響應。所以得利用地球曲率，在各個大陸放置干涉儀站點，來補全各方向響應能力。
3）改善定位：1個站，定位是全球面；2個站，定位是一個圓；3個站，定位是兩塊天區；4個站，才能唯一的確定引力波源的方向。定位定準了，才有可能開展後續電磁觀測。

3、實現和電磁波段的聯合觀測
引力波窗口提供的信息固然前所未有，不過電磁波段才是天文學家的老本行。加上電磁波段的信息，才能完整了解產生引力波的天體物理事件的全面信息。前面已經說了，現在開展電磁跟進最大的問題：
1）預警時間太短：不過考慮到超新星、伽馬暴的跟進觀測往往也要等一陣子才能跟上，這個也許不算太太太嚴重的問題。
電磁波段現象的時標取決於相關天體物理現象的物理尺度，像雙黑洞併合這種事件，可能早在併合之前很久，兩個黑洞的吸積盤的相互作用已經進行完了？——不清楚到黑洞併合時，這些吸積盤的相互作用是不是還在進行。如果只是兩個裸黑洞併合，周圍不受什麼影響，那也許電磁波段也看不到什麼；如果兩個黑洞吸積盤有持續相互作用或有歷史相互作用留下的餘暉，那也許能看到一些東西。
2）定位不準：位置不準，上哪找去。

中期：

1、拓展引力波探測的頻率覆蓋
LISA、天琴之類的，需要10-20年才能有所發現。脈衝星計時陣列的觀測，FAST、SKA都會有所貢獻，FAST今年9月建成，一兩年就會有產出，SKA那就得是5-10年以上了。當然其他一些現有設備也能做脈衝星計時，這裡說FAST和SKA，主要是它們靈敏度拔群，能有效提升已知脈衝星的數量，為建立脈衝星計時陣列提供更大的樣本，所以可以作為milestone來預判這件事的節奏。原初引力波，等BICEP-3吧。

這些都上，可以更全面的覆蓋引力波的各段頻率。不同頻率對應的主要天體物理現象不同，頻率覆蓋好了，能參與引力波天文學研究的天體物理分支也就多了。另外也許對同一天體物理現象，不同頻率的引力波觀測也可以「聯合」，比如低頻觀測也許也可以去看恆星級質量雙黑洞在離併合還有很長時間時的狀態，也許可以揭示雙黑洞併合事件的早期歷史，這樣跟併合一瞬間的信息結合起來，了解的就更全面。

2、實現對雙星併合以外的引力波事件的觀測
雙黑洞併合之所以最早被發現，是因為波形太有特點了，不容易認錯。其他一些可能產生引力波的事件，比如超新星爆發，產生的波形可能就比較單調，我猜也就比較容易認錯，或者說即使有了，也「不敢認」。要想「敢認」可能還是前面說的，提高靈敏度，把波形更精確的做出來，以及跟電磁波、中微子之類的進行聯合觀測，用旁證輔助判斷。

這可能也是對做數值模擬的、做信號處理和提取的人的一個考驗。能找到雙黑洞，前提是有人已經把雙黑洞的波形做成模板庫。那對波形相對不那麼好認的一些類型的事件，就需要做數值模擬的人給出更靠譜的波形，需要做信號處理的人想出不依賴已知模板而進行判斷的方法。

3、提供獨立的宇宙學標準燭光
引力波強度的衰減隨距離的一次方下降，跟電磁波的二次方相比，是很慢了（因為引力波觀測關心的是振幅，電磁波觀測關心的是能量）。這樣相比電磁波窗口，在引力波窗口中能更容易的探測到較遠距離的事件，所以引力波應當可以成為宇宙學的好工具。

長期：

1、引力波源的全天巡天與監測
等信噪比提升到一定程度，也許聽到的引力波宇宙就不是今天響一聲，明天響一聲了，而是一直在吵鬧的市井。怎麼從這一大堆都是信號的「雜訊」中把信號分離開，也許是幾十年後引力波天文學家需要處理的問題。

直觀的思路是可以從方向分布上去做文章。站點多了、信噪比上去了、方向覆蓋沒問題了，就可以像SKA低頻陣，或者像相控陣雷達一樣，對全天的引力波源進行全天區、全天候的監測了。

也許到時候，不光強引力波事件可以得到監聽，弱引力波源也可以得到監聽。比如星系裡海量恆星繞星系中心的轉動，雖然每個都很弱，加一塊也許可以一搏（我估算得到整個星系的恆星繞轉產生的引力波強度跟兩個恆星級黑洞併合前的引力波強度差不多在一個量級——當然是在極低頻處，求有人幫驗算）。這樣引力波也許也可以成為研究星系動力學的一個工具。

2、我編不下去了
給幾個嚴肅一點的材料，自己看吧，比我說的靠譜多了：
這兩天剛剛掛到arXiv上的，引力波天文學的現狀：http://120.52.73.79/arxiv.org/pdf/1602.02872v1.pdf
前幾年「國際引力波共同體」（GWIC）出的一個文檔，「引力波天文學的未來」：
https://gwic.ligo.org/roadmap/Roadmap_110726_WEB.pdf
科學美國人剛出的評論「引力波天文學的未來」：
The Future of Gravitational Wave Astronomy

（本文插圖除圖上另有標記外，均來自這幾篇文章。）

我不是做引力波的，也就是最近幾個月給別人做科普之前先自我科普一番，積累了一點淺薄的認識。拋磚引玉，歡迎批評。

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想想以後的引力波天文望遠鏡陣列就覺得好壯觀(?? . ??)

題外話。《三體》再一次讓我真切地感受到了「不管什麼玩意兒，粉絲一多腦殘也就多了」這個道理。

我的第一直覺是引力波可能提供更多暗物質和暗能量方面的信息，畢竟我們現有對宇宙的了解大都基於光。