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王炎副教授在引力波天体物理研究领域取得进展

来源:物理学院 点击次数:3540次 发布时间:2017-04-17 16:48:32 编辑:张雯怡

  新闻网讯(通讯员 刘欢)4月14日,物理学权威学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)以封面文章的形式刊发了物理学院王炎副教授与美国合作者在引力波天体物理方面的最新研究成果《平方公里阵列时代基于脉冲星计时阵列搜索超大质量黑洞双星》(Pulsar Timing Array Based Search for Supermassive Black Hole Binaries in the Square Kilometer Array Era),王炎为该论文的第一作者和共同通讯作者。


  引力波是爱因斯坦广义相对论的预言,它是以光速传播的时空背景上的波动。与电磁波类似,引力波可以根据频率划分为不同的频段。2016年2月,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)科学合作组织宣布他们首次探测到了引力波。他们利用两个臂长为4公里的L型地面激光干涉仪,直接探测到了来自宇宙深处十三亿光年外两个恒星质量黑洞并合所发出的高频引力波。这一划时代的发现揭开了利用引力波探索基础物理、天文学和宇宙学的新纪元。与此同时,各国科学家在尝试不同的方法探测低频、极低频和甚低频的引力波。目前提出的低频引力波探测计划有我国的“天琴计划”和欧洲的“LISA计划”等项目。极低频引力波的探测则可通过大口径射电望远镜对一个阵列的毫秒脉冲星周期性射电脉冲的高精度计时来完成。国际上已有的脉冲星计时阵列(PTA)合作组织包括北美NANOGrav,澳大利亚PPTA和欧洲EPTA。我国贵州在建的五百米口径FAST射电望远镜与国际合作的射电望远镜平方公里阵列(Square Kilometer Array,简称SKA)也将用于PTA引力波的探测。


  早期宇宙中频繁的星系并合可能产生超大质量黑洞双星系统,其质量高达百万到十亿太阳质量。这些系统辐射出来的极低频引力波如果被PTA探测到,将成为它们存在的最直接证据,继而用于研究早期宇宙层级结构形成和演化的过程。王炎副教授与美国德州大学大河谷分校物理系引力波天文学中心Mohanty教授合作,通过逼真的数值模拟和定量的数据分析,预测基于SKA的PTA的灵敏度将比现有的PTA提高三个数量级,几乎可以保证能够探测到超大质量黑洞双星系统所发出的引力波信号。王炎副教授与合作者之前提出的克服大型脉冲星计时阵列数据处理中大参数空间困难的方法,使得SKA能够发现数以千计的新的毫秒脉冲星并对其开展高精度的计时。此外,从SKA时代PTA的数据中可以获取引力波波源的空间位置信息,这也让未来对超大质量黑洞双星用下一代光学望远镜(如LSST)的联合多波段天文观测成为现实。


  该工作获得华中科技大学人才引进基金和国家自然科学基金资助。王炎副教授于2014年加盟物理学院引力中心基础物理研究团队。此前,他曾在美国、澳大利亚从事博士后研究工作,长期致力于引力波和相对论天体物理等方面的研究。