作者:蔡荣根等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2018/3/8 15:01:16
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综述:引力波物理

 

2015年9月14日位于美国的激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)探测到来自双黑洞并合的引力波,开启了引力波天文学的新时代。2017年8月17日位于美国的LIGO和位于意大利的Virgo又联合探测到了双中子星并合的引力波,开启了多信使天文学的新时代。引力波的探测为人类探索宇宙的深层次奥秘提供了新的手段。2017年的诺贝尔物理学奖授予了对引力波探测作出杰出贡献的三位美国物理学家。

无论是辅助引力波实验数据的处理还是通过引力波研究基础物理问题,都需要我们对引力波源有系统、深入的理解。可探测引力波的来源一般可以分为两类:一类来自早期宇宙学,另一类来自天体物理过程。来自早期宇宙的引力波可以产生于暴胀、重加热和一阶相变等时期,而来自天体物理过程的引力波可以产生于双星系统(包括黑洞、中子星、白矮星以及其他致密天体)、超新星爆发、星系碰撞和非球对称中子星的自转等过程。暴胀时期产生的引力波可以在微波背景辐射上留下被称为B模式的独特印记,它对于确定暴胀能标具有重要意义。重加热时期产生的引力波频率极高,不易探测,但是对于理解暴胀子是如何衰变为粒子物理标准模型粒子的这段非微扰过程具有重要意义。一阶相变时期特别是电弱相变时期产生的引力波有望被空间引力波探测器捕捉,可以为我们提供超出粒子物理标准模型的新物理的线索。

如图所示,前期绕转时期的引力波波形可以用后牛顿近似计算,中期并合时期的引力波波形可以用数值广义相对论模拟计算,后期铃荡时期的引力波波形可以用黑洞微扰理论计算,所以双星系统引力波探测可以帮助我们限制天体物理的一些过程以及超出广义相对论的引力理论。因此,作为独一无二的探测手段,未来更多的引力波探测实验将帮助我们进一步理解包括引力理论、天体物理、宇宙学演化乃至粒子物理模型在内的基础物理。

《国家科学评论》最近发表了由中国科学院理论物理研究所蔡荣根研究员、中国科学院数学与系统科学研究院应用数学研究所曹周键研究员、中国科学院理论物理研究所郭宗宽研究员、中国科学院理论物理研究所博士研究生王少江和杨涛等五位作者共同撰写的“The Gravitational-Wave Physics”综述文章(https://doi.org/10.1093/nsr/nwx029)。文章介绍了暴胀时期产生的引力波,重加热时期产生的引力波,一阶相变产生的引力波,双星系统的引力波,以及引力波作为宇宙学研究的标准汽笛等方面的内容。(来源:科学网)

 
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