极端质量比致密双星系统的动力学演化和引力波辐射研究

极端质量比致密双星系统（EMRBs）是由恒星质量的小质量致密天体旋进入中等大小的大质量黑洞所组成的（质量比1：100-1：1000）。这样的双星系统是未来数个引力波探测器的重要引力波源。对其的引力波探测不仅可以证实引力波的存在，还可以研究黑洞视界附近的基本物理性质。对小质量比双星系统的高精度引力波研究，无论是后牛顿解析方法还是数值相对论模拟，计算精度仍然不够，并且局限在小质量天体在大质量黑洞的赤道面上做圆轨道运动所辐射的引力波。特别是完全的数值相对论模拟，对小质量比系统一直没有获得大的突破。本研究拟在之前的工作基础上，利用effective one-body （EOB）动力学，结合黑洞微扰理论的数值引力波计算，给出一般轨道（有偏心率和轨道倾角）的EMRBs的动力学演化和引力波辐射的计算方法。本方法具有高精度，普适性并且较高的计算效率，对引力波理论研究和对引力波观测模板计算有着重要的意义。

极端引力系统的动力学演化以及能量辐射一直是天文学的研究重点之一。本项目主要对如下三个方面进行了研究：1、致密天体（如中子星）在引力塌缩过程中其内部物理变化以及因此产生的能量辐射；2、由银河系中心超大质量黑洞和绕转的S星构成的极端质量比的相对论效应计算和观测问题；3、一般轨道极端质量比双星系统的动力学演化和引力波辐射。..第一方面，着重研究了致密天体在引力塌缩过程中内部强电场产生的正负电子对及其振荡，并计算了因此产生的能量辐射。该模型可以用来解释极端天体物理过程（如伽玛暴）的能量机制；.第二方面，考察了三体摄动对银河系中星绕转超大质量黑洞的S星相对论进动的影响，计算表明，对于未来10微角秒甚至1微角秒的观测，近星摄动会对相对论效应的验证产生障碍；.第三方面，开发了用于一般轨道的极端质量比双星系统动力学演化和引力波辐射的计算软件，具有计算速度较快，精度高的特点。解决了已有的计算方法要么是基于精度较低的后牛顿算法要么是只能用于圆轨道的限制。