引力辐射计算和自引力密度扰动场理论

In our recent study of supermassive binary black hole OJ287, we found that the 1PN corrections to emitted energy and angular momentum fluxes are negative. This result will definitely affect binary study and gravity wave detection..We shall systematically study compact binary systems, including OJ287 and PSR1913+16, compute the orbital motion and the orbital parameters, such as semi-major axis, eccentricity, period, etc, up to 3.5PN, the damping force up to 4.5PN, the energy and angular momentum fluxes up to 2PN correction, the waveform up to 2PN, and as well as the decrease rate of period. We shall also the spin effects upon the orbit, energy and angular momentum fluxes. We shall also reexamine the decrease rate of period of PSR1913+16...Another part of the project will establish the field theory of density fluctuations in the homogeneous and isotropic universe. We shall derive the nonlinear field equations of 2-point and 3-point-correlations, including the third order of fluctuations and give the solutions. The result will be applied to large scale structure of the universe, and be compared with observational data of red-shift galaxy surveys. New perspective will be provided to the mass distribution in the universe.

近期在研究巨黑洞双星OJ287的轨道和引力辐射中，我们发现引力辐射的能流和角动量流的1阶后牛顿修正为负值。这个结果将对引力波探测、致密双星的研究具有很大影响。我们将系统、细致地计算研究OJ287、脉冲双星PSR1913+16等其他致密双星系统，将轨道运动计算到后牛顿3.5阶，给出半长轴、椭率、周期等轨道参数，计算耗散力到4.5阶，以及对应的引力辐射能流和角动量流修正到2阶，引力波波形到后牛顿2阶，及其相应的轨道周期减小率。进而研究致密星具有自旋的一系列效应，包括对轨道、能流、角动量流、波形等影响。利用后牛顿高阶计算结果，重新检查PSR1913+16的周期减小率。另外，我们借鉴凝聚态相变理论的场论方法，建立和完善均匀各向同性宇宙中密度扰动场论，考虑到扰动三阶效应，推导扰动的2-点关联函数，3-点关联函数的非线性场方程，求解，应用于大尺度结构，与巡天观测结果进行比较，从新视角来认识大尺度结构。

主要研究了以下方面内容：一，引力波方面，双黑洞轨道的后牛顿和引力辐射计算，双星质心漂移，用后牛顿近似，计算了黑洞双星OJ287的轨道和辐射波形,给出3.5阶的次黑洞轨道解, 比他人2.5阶的工作高了一阶。发现了一个新性质，耗散项后牛顿2.5阶和3.5阶的系数有相反的符号。该结果对于精确估计双星引力辐射具有重要意义。给出主黑洞有自旋情况下轨道和和引力波辐射，计算了由此影响的毫秒级脉冲星时间残差，得到自旋的积累效应。该工作对毫秒级脉冲星时间残差方法探测黑洞自旋有重要意义。我们研究了残余引力波谱的高频发散问题，采用Parker - Fulling绝热规则化方法，首次得到残余引力波规则化的高频段解析物理谱(f>10-11 Hz)以及相应的能量和压强的高频段物理谱，还进而推高到标量型度规扰动、暴涨扰动标量场，解决了长期存在的高频发散问题。这为高斯偏振激光束探测器提供了科学目标，这对高频引力波探测、宇宙早期研究具有重要影响。激光干涉方面，我们修正了残余引力波谱的归一化幅度，采用地面激光干涉LIGO观测S6数据，计算探测器交叉关联下探测残余引力波的信噪比SNR，首次给出了对于跑动谱指数的限制，这是其他类型的探测所不能给出的。二，在密度扰动场理论方面，我们从第一原理出发，通过Schwinger变分方法，首次推导获得了2点关联函数的到扰动二次的非线性场方程，其解与星系关联函数及功率谱、星系团关联函数，等一系列主要巡天观测都符合很好，自然地解释了关联强度正比于质量、星系团关联长度的scaling等长期存在的困难问题。这个非线性场方程为认识宇宙大尺度结构提供了新视角和解析工具，具有重要学术意义。三，暗能量方面，我们建立的Yang-Mills暗能量模型，自然的解决了巧合性困难，物态可平滑的越过-1，而且我们发现，在微扰无穷多圈的量子阶次的非微扰情况，Yang-Mills场都给出稳定的暗能量性质，表明这是宇宙暗能量的一种重要的候选者。我们还给出了宇宙再减速膨胀的四类唯象模型，其图像是，早期阶段减速，现阶段加速，未来将是再减速膨胀，这与ΛCDM模型同样好地解释已有观测。