OJ287双黑洞轨道计算:3.5阶后牛顿近似

大质量双黑洞OJ287是一个强引力辐射源.为了探测其引力波信号,需要知道波形,而这主要是由轨道运动所决定.为此,从广义相对论3.5阶后牛顿近似的运动方程出发对OJ287的轨道进行仔细研究,取大黑洞位置固定作为近似,给出了后牛顿近似下3.5阶的次黑洞轨道解,比他人2.5阶的工作高了一阶.次黑洞撞击吸积盘面到光学爆发存在时间延迟,这对于确定轨道参数有很大影响.利用径向距离与爆发时间关系的线性模型,对最近7次爆发时刻的观测值拟合,给出了更精确的OJ287双黑洞的轨道参数及其运动轨道.分析了计算结果,研究运动特征,并且发现了两个新性质:次黑洞进动在初期增加,在晚期接近并和时,进动达到最大值,然后减小并越过0而趋于负值.尚不能确定晚期的这个行为是否由3.5阶近似不够准确所造成.运动方程中耗散性的辐射项,后牛顿2.5阶和3.5阶的系数具有相反的符号.这意味着3.5阶项反而是从外界吸收能量.但2.5阶与3.5阶之和仍然是向外辐射引力波的,体系能量变化率为负.这个工作的计算结果可以用来更精确地计算OJ287的引力辐射.     

空间激光干涉引力波探测与早期宇宙结构形成

空间引力波探测是研究宇宙早期恒星演化和星系形成、黑洞和星系的共同成长等天文学和宇宙学重大问题的一条重要可能途径。经过两期科学院先导科技专项空间科学预研究课题的开展,通过权衡技术的可行性与科学的前瞻性,选择以高红移开始的中至大质量双黑洞并合系统、星团等稠密动力学环境中涉及中等质量黑洞的双黑洞引力波波源为主要科学目标,给出了我国毫赫兹至赫兹频段空间引力波探测任务计划的初步设计。以该任务设计建议为依据,简要介绍空间引力波探测及其作为一种新的天文观测手段的科学内涵,以及我国空间引力波探测任务设计的科学目标和探测潜力。     

恒星级双黑洞自旋研究进展

自2015年以来,人们已经探测到93例恒星级双黑洞并合引力波事件,测量了双黑洞质量、自旋和距离等参数,并获得了其统计分布。不同双黑洞起源机制产生的双黑洞性质分布,特别是自旋分布,会显著不同,其可用来限制双黑洞起源。简单回顾了双星演化和动力学相互作用等双黑洞形成机制及自旋来源;综述了利用自旋限制双黑洞起源的一般方法和常见模型,以及利用LIGO/Virgo引力波数据取得的相关进展,并对未来发展前景进行了展望。     

OJ 287,0716+714与BL Lacertae的光变分析

OJ 287是存在着剧烈活动的低峰频BL Lac天体,其低频段的能谱与另两个TeV BL Lac天体(0716+714和BL Lacertae)在低频段的能谱很相似,但是切仑科夫望远镜却没能探测到它的TeV射线.利用这3个天体的观测数据,比较它们在22 GHz、37 GHz和B波段的最小光变周期及延迟的异同,进一步寻找没有观测到OJ 287的TeV伽马射线的可能原因.分析结果显示:(1)最小光变周期方面,OJ 287在37 GHz和B波段的周期偏小,在22 GHz,OJ 287与0716+714的结果相当,但与BL Lacertae相比要小很多,OJ 287的周期更短表明其活动性更强,却没有探测到来自OJ 287的TeV伽马射线,这表明OJ 287在TeV波段的辐射与这3个低能波段最小光变周期之间可能没有联系;(2)延迟方面,OJ 287在B波段相对于37 GHz的延迟要长于0716+714,短于BL Lacertae;在37 GHz相对于22 GHz的延迟要短于0716+714,而BL Lacertae在37 GHz相对于22 GHz的时延为负值,表明22 GHz要超前于37 GHz.通过对延迟的比较分析,并没有发现OJ 287与0716+714和BL Lacertae之间存在明显的差异;从能谱来看,很可能是由于OJ 287在TeV波段的能谱较陡造成切仑科夫望远镜没有探测到来自OJ 287的伽马辐射,但TeV能段较陡的能谱对低能段光变的影响目前还不是很清楚.     

活动星系核中心的双黑洞

不久前,《自然》杂志刊载文章介绍了一项包括中国在内的多国天文学家合作研究成果,证实活动星系核0J287中心存在双黑洞系统,并可由此检验爱因斯坦的广义相对论。OJ287属于一类特殊的活动星系核,它的亮度变化起伏不定,但变化周期却颇为准确。0J287正好处在黄道带上,许多专业和业余天文学家在搜寻彗星和小行星的时候会顺带观测它,因此他在光学波段的资料可以追溯到1890年。     

稳定物质转移通道形成双黑洞

由于缺乏足够的观测数据,大质量恒星的研究进展缓慢,到目前为止大质量恒星演化和黑洞详细的形成过程还存在较大争议。LIGO首次探测到恒星级双黑洞并合产生的引力波信号,这不但验证了爱因斯坦20世纪的预言,而且还证实了大质量双黑洞的存在。研究工作采用恒星演化程序MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics)计算孤立双星的演化,主星初始质量为20 M⊙～80 M⊙,金属丰度为0.000 1～0.002,初始双星质量比为0.7～0.9。双星系统通过稳定物质转移通道,形成总质量(15～110) M⊙范围内的双黑洞。形成双黑洞的并合时标强烈依赖于初始轨道周期,只有初始轨道周期不大于5 d的双星系统演化形成的双黑洞,通过引力波辐射损失角动量,最终可能在哈勃时标内并合。研究工作得到的结果可以解释部分现阶段已经探测到的引力波事件。     

双星系统中大质量比致密天体质量四极矩对轨道频率的影响分析

极端质量比旋进系统是空间引力波探测器最重要的波源之一。对引力波的探测需要高精度波形模版。当前主流的极端质量比旋进系统引力波计算模型中,人们一般将小质量天体当作试验粒子进行计算,而忽略了其结构及自身引力对背景引力场的影响。利用Mathisson-Papapetrou-Dixon方程研究延展体在弯曲时空中的运动,以及小天体自旋和质量多极矩对引力波信号识别产生的影响。结果表明,质量比在10?6-10?4范围的旋进系统,其自旋达到很大时,自旋对延展体的轨道运动有不可忽略的影响;在质量比10?4-10?2区间内,需要考虑中心黑洞潮汐作用导致的白矮星形变;在质量比大于10?4,且白矮星自旋很大时,其自旋产生的形变会对小天体轨道运动产生不可忽略的影响。大质量黑洞潮汐作用导致的恒星级黑洞或中子星产生的形变可以忽略,中子星和黑洞的自旋会对轨道运动产生不可忽略的影响,而自旋产生的四极矩对轨道运动不产生影响。     

双黑洞系统的不同起源及其参数分布

双黑洞组成的近密双星系统并合是激光干涉仪引力波天文台等地基引力波探测器的主要探测对象。随着探测器灵敏度的提高,大量该类信号的探测将成为进一步研究黑洞物理的有效工具。但是目前对双黑洞系统的起源机制和内禀参数分布等物理问题的研究还不够深入,例如由引力波探测得到的黑洞质量分布与X射线双星观测的结果存在较大差异,还未有很好的理论模型可解释该结果。目前普遍认为双黑洞系统主要有两种起源:大质量双星演化机制和动力学起源机制。基于这两类起源的双黑洞系统在质量、自旋分布等方面存在差异。因此可在贝叶斯理论框架下,利用引力波信号携带的波源质量和自旋等信息,推断波源起源,计算不同起源的双黑洞系统所占比例,以及检验质量自旋等参数分布的差异。     

非均匀喷流模型及其在BL Lac天体中的应用

在非均匀锥形喷流模型中,电子数密度、磁场强度随着到喷流顶点的距离呈幂律分布.该模型能成功解释活动星系核喷流核心区域的平谱射电辐射,但已有的模型计算只适用于喷流运动方向与视线夹角很大的情况,所以需要建立适用于任何视角情况的非均匀锥形喷流辐射计算公式.普遍认为BL Lac天体中喷流的运动方向与视线夹角很小,推广后的非均匀喷流模型拟合了3个BL Lac天体的射电观测谱,确定了它们喷流中电子数密度、磁场强度等物理参数.研究结果表明观测辐射谱拐折频率确定出锥形喷流离黑洞最近距离,对于这3个BL Lac天体,它们的锥形喷流离黑洞最近距离约为Schwarzschild半径.     

基于SE-Inception-v3的星系形态分类模型

随着天文探测技术的快速发展, 海量的星系图像数据不断产生, 能够及时高效地对星系图像进行形态分类对研究星系的形成与演化至关重要. 针对传统的星系形态分类模型特征选择困难、分类速度慢、准确率受限等难题, 提出一种以Inception-v3神经网络为主干结构, 融合压缩激励(Squeeze and Excitation Network, SE)通道注意力机制的星系形态分类模型. 该模型在斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)样本的测试集准确率高达99.37%. 旋涡星系、圆形星系、中间星系、雪茄状星系与侧向星系的F1值分别为99.33%、99.58%、99.33%、99.41%与99.16%. 该模型与Inception-v3、MobileNet (Mobile Neural Network)和ResNet (Residual Neural Network)网络模型相比, SE-Inception-v3宽度和深度优势表现出更强的特征提取能力, 可以高效识别不同形态的星系, 为未来大型巡天计划的大规模星系形态分类问题提供了一种新方法.