宇宙背景引力辐射的研究

全世界兴起的公里级大型引力波激光干涉仪以及相对论天体物理的飞速发展，使人们有理由相信引力波天文学的繁荣已为期不远了。宇宙背景引力辐射（CGWB）对研究宇宙极早期的物理过程，区分不同宇宙学模型至关重要。我们拟开展下面几个方面的工作：（1）宇宙原初引力波背景辐射能谱的精确计算方法；（2）具有平滑退出的精确暴涨宇宙学的原初引力波背景辐射能谱计算；（3）大型引力波激光干涉仪探测弦宇宙模型中原初引力波背景辐射的可行性研究；（4）超大质量黑洞双星并合产生的引力辐射；（5）全宇宙中子星形成过程产生的随机背景引力辐射研究；（6）用引力波数据研究暗能量。本课题的实施和完成对研究极早期宇宙模型、在我国开展引力波天文学的研究都具有积极意义。

全世界兴起的公里级大型引力波激光干涉仪以及相对论天体物理的飞速发展，使人们有理由相信引力波天文学的繁荣已为期不远了。宇宙背景引力辐射（CGWB）对研究宇宙极早期的物理过程，区分不同宇宙学模型至关重要。CGWB除了原初起源外，也可以由不同天体源产生。本项目集中系统研究CGWB的理论和探测，取得了一系列成果。.（1）中子星r模式不稳定性产生的背景引力辐射。. 我们研究了中子星r模式不稳定性产生的背景引力辐射的探测可能性。中子星的形成率是基于天文观测或数值模拟的不同恒星形成率模型推导出的，我们发现所研究的引力波背景辐射对恒星形成率模型的选择并不敏感，而是强烈地依赖于低红移处恒星形成率的演化行为。结果显示无量纲的能量密度GW 的峰值~(1–3.5)×10-8 出现在(200–1000) Hz. 考察了不同地面干涉仪对并且比较两种组合方法探测该背景的可行性。.（2）双黑洞并合产生的背景引力辐射。. 我们计算了宇宙中恒星级黑洞并合产生的CGWB信号。最近对BH-WR系统的观测和恒星形成星系金属丰度的计算表明BH–BH系统较之以前预想的要高很多。我们采用最新的并合率估计和完整的引力波波形计算双黑洞并合的背景引力辐射。假设单个源的能量辐射处于平均值，我们考察了第二代、第三代地面探测器能探测到该背景的参数（chirp质量和并合率）空间。.（3）评估FAST和SKA探测原初引力波的能力。. 我们研究了目前和未来脉冲星守时性观测对暴胀参数（张标比r和张量谱指数nt）限制能力。发现FAST和SKA项目具有很强的检验phantom型暴胀模型的能力。如果r = 0.1, FAST 可以限制到 nt < 0.56 ，SKA可以限制到nt < 0.32, 而观测时间T = 20 yr, 脉冲星噪声水平 w = 30 ns, 监测脉冲星数 n = 200，则甚至可以限制到nt < 0.07..