利用毫秒脉冲星搜寻和限制超大质量黑洞的引力波辐射

Gravitational wave is one of important predictions of general relativity,but gravitational wave has not yet been detected directly. The direct detection of gravitational wave will open a new observational window to the universe for us and it is of great significance to the research of astronomy and physics. The rotation of millisecond pulsars are extremely stable. Pulsar timing array can be used to detect Ultra-low frequency gravitational waves from supermassive black holes binary. Gravitational waves from supermassive binary black holes are expected to be detected by pulsar timing array in the near future. We plan to make use of the data sets of Parks Pulsar Timing Array Parks and International Pulsar Timing Array to study gravitational wave memory effect, continuous gravitational waves and burst of gravitational wave, to develop algorithm which can search and constrain these three kinds of single gravitational wave sources and apply these.algorithms to the data sets of pulsar timing array. Searching results and upper bound can be obtained. The upper bound can be used to constrain the formation and growth processes of supermassive black holes..

引力波是广义相对论的重要预言，但是引力波尚未被直接探测到。引力波的直接探测将为我们打开一个崭新的观测宇宙的窗口，对天文学和物理学有极其重大的意义。毫秒脉冲星具有惊人的稳定性，利用一组到达时间精度很高毫秒脉冲星组成的脉冲星计时阵可以探测超大质量双黑洞发出的极低频的引力波，脉冲星计时阵有望在不久的将来直接探测到引力波。本项目利用帕克斯脉冲星计时阵和国际脉冲星计时阵数据，开展对引力波记忆效应，连续引力波，引力波爆发等三种超大质量双黑洞的引力波辐射进行搜寻和限制。分别发展出探测和限制这三种孤立引力波源的算法，并将算法应用到脉冲星计时阵数据中，得到探测的结果，确定引力波振幅的上限。并将得到的上限与主流星系形成与演化模型预言的结果相比较，限制星系的形成与演化过程。

本项目的目标是利用帕克斯脉冲星计时阵和国际脉冲星计时阵数据， 对超大质量黑洞的引力波辐射进行搜寻和限制。 发展利用 脉冲星计时阵探测和限制超大质量黑洞.引力波辐射的方法， 得到探测结果和引力波强度上限， 并将得到上限与 星系形成与演化模型预言的引力波强度相比较， 限制星系形成与演化的过程。.在过去的三年里，取的了以下几项主要成果：.1.采用了一种可以用来探测引力波记忆信号的新算法，利用此算法在PPTA数据中搜寻和限制引力波记忆信号，这在国际上尚属首次。我们在PPTA的数据中没有发现显著的引力波记忆信号，这与理论预期相符。利用这组高质量的数据，将得到的引力波记忆信号上限与主流的星系演化模型进行比较，结果与模型预测相符。同时，得.到的上限也为今后探测这种引力波源提供了重要参考。论文已经被知名天体物理杂志MNRAS发表，并被多次引用。.2.完成一项利用PPTA探测超大质量双黑洞连续引力波的工作中,。利用该算法得到的引力波信号上限比之前最好的结果提高两倍多，此上限与主流星系演化模型的预言相符。 论文已经被知名天体物理杂志MNRAS接收，并已经被APJ,MNRAS等知名天文杂志引用多次。.3.利用澳大利亚帕克斯64米和乌鲁木齐南山25米望远镜的脉冲星数据，结合目前已发表的甚长基线观测结果，在国际上首次利用多颗脉冲星的数据得到太阳系星表和国际天球参考系之间的参考系连接。研究成果已发表于知名天文杂志MNRAS。　天文参考系是天体测量的基础，对天文学的研究十分重要。参考系连接可以用来测量黄道的倾斜和变化率，检验太阳系星表和研究惯性系内太阳系的动力学，对于航天器导航、搜寻太阳系内的未知天体及脉冲星搜寻引力波等很有帮助。.4.完成多项脉冲星引力波相关研究，发表SCI论文十余篇。