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理论物理所在黑洞和引力波研究中取得重要进展
2018-05-11  【 】【打印】【关闭

   三位美国物理学家分享了2017年诺贝尔物理学奖,以表彰他们对激光引力波天文台(LIGO)和引力波探测所作出的卓越贡献。双黑洞并合产生的引力波的发现不仅证实了引力波的存在,而且开启了利用引力波探索宇宙的新时代。基于宇宙学观测发现的暗物质和暗能量被誉为二十一世纪物理学的两朵乌云。尽管弱相互作用大质量粒子(WIMPs)的假设在理论上有奇迹般的优点,但是众多高灵敏的地下实验始终无法捕捉到它们存在的迹象,并且这些零结果正迅速压缩了它们存在的理论空间。探讨暗物质其他可能的物理解释变得越来越重要。事实上,宇宙中有两种几乎不发光的物质暗物质和黑洞。原初黑洞产生于宇宙极早期,是暗物质的一个天然候选者。近年来,这一想法随着双黑洞并合产生的引力波的发现而备受关注。 

   近期,理论物理所黄庆国研究员与香港中文大学的团队合作在原初黑洞和引力波的研究中取得重要进展:提出一种新的利用LIGO观测数据来探索原初黑洞在暗物质中的丰度的方法,给出目前恒星质量原初黑洞丰度的最严格限制,并预言较小质量的原初黑洞所产生的随机引力波背景有望在不远的将来被探测到。相关结果发表在Phys.Rev.Lett120(2018)191102. 

   除了探测器对黑洞并合产生的引力波波形的直接响应外,宇宙中可能大量存在的双原初黑洞系统在旋进、并合和铃振阶段所发出的引力波相叠加形成弥漫于整个宇宙的随机引力波背景也是LIGO及未来一些空间引力波探测计划的重要科学目标。尽管目前LIGO尚未探测到此随机引力波背景,但是利用LIGO给出的随机引力波背景的上限,黄庆国研究员及合作者给出恒星质量原初黑洞在暗物质中丰度的最严格限制。此外,考虑到目前其他天文观测对原初黑洞丰度的限制,他们发现较小质量的原初黑洞可以产生较大的随机引力波背景,有望被进一步升级的LIGO以及空间引力波探测器探测到。 

     

         不同质量原初黑洞丰度的限制                     原初黑洞产生的随机引力波背景  

 

  文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.191102 

    

    

    

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