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空间激光干涉引力波探测与早期宇宙结构形成

Laser Interferometric Gravitational Wave Detection in Space and Structure Formation in the Early Universe

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【作者】 龚雪飞； 徐生年； 袁业飞； 白姗； 边星； 曹周键； 陈葛锐； 董鹏； 高天舒； 高伟； 黄双林； 李玉龙； 刘影； 罗子人； 邵明学； 孙宝三； 唐文林； 于品； 徐鹏； 臧云龙； 张海鹏； 刘润球；

【Author】 GONG Xue-fei;XU Sheng-nian;YUAN Ye-fei;BAI Shan;BIAN Xing;CAO Zhou-jian;CHEN Ge-rui;DONG Peng;GAO Tian-shu;GAO Wei;HUANG Shuang-lin;LIU Ying;LUO Zi-ren;SHAO Ming-xue;SUN Bao-san;TANG Wen-lin;Yu Pin;XU Peng;ZANG Yun-long;ZHANG Hai-peng;LAU Yun-kau;Academy of Mathematics and Systems Science,Chinese Academy of Sciences;University of Science and Technology of China,Department of Astronomy;Theoretisch-Physikalisches Institut,Friedrich-Schiller-Universitat Jena,D-07743 Jena,Germany;University of Chinese Academy of Sciences;State Key Laboratory of Scientific and Engineering Computing,Academy of Mathematics and Systems Science,Chinese Academy of Sciences;State Key Laboratory of Theoretical Physics,Institute of Theoretical Physics,Chinese Academy of Sciences;Beijing University of Technology,College of Applied Sciences;Morningside Center of Mathematics,Chinese Academy of Sciences;Capital Normal University;Henan University,Department of Mathematics;Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences;Henan Polytechnic University;Huazhong University of Science and Technology,School of Physics;Tshinghua University,Mathematical Sciences Center;Institute of Theoretical Physics,Chinese Academy of Sciences;

【机构】 中国科学院数学与系统科学研究院； 中国科学技术大学天文学系； Theoretisch-Physikalisches Institut,Friedrich-Schiller-Universitat Jena,D-07743 Jena,Germany； 中国科学院大学； 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学国家重点实验室； 中国科学院理论物理研究所理论物理国家重点实验室； 北京工业大学应用数理学院； 中国科学院晨兴数学中心； 首都师范大学数学系； 河南大学数学系； 中国科学院力学研究所； 河南理工大学； 华中科学技术大学理学院； 清华大学数学科学中心； 中国科学院理论物理研究所；

【摘要】 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。

【Abstract】 In this article,we report on the feasibility study of gravitational wave detection in space commissioned by the Chinese Academy of Sciences.We consider the relative merits between scientific significance and viability in technologies of a few representative mission options.The primary science driver is targeted at the detection of mergers of intermediate to super massive binary black holes in the structure assembly history as well as in dense stellar environments within our local Universe.By striking a balance between science and technological feasibility,a preliminary mission design is put forward for future Chinese gravitational wave detection mission alternative to eLISA.Our study indicates that,with suitable design of baseline parameters of a mission,gravitational wave detection in space holds the promise of being a new observation window to the structure formation stage at early Universe and shed light on certain outstanding issues,among which are the evolution of PopIII stars after the dark age,the co-evolution of galaxies and their central black holes,etc.

【关键词】 引力波； 冷暗物质等级结构形成模型； 中等质量黑洞； 双黑洞并合；
【Key words】 gravitational wave； ACDM hierarchical structure formation picture； intermediate mass black hole； binary black hole coalescence；
【基金】 中国科学院战略性先导科技专项“空间科学预先研究项目”课题(XDA04070400);国家自然科学基金(11305255,11171329);海洋公益性行业专项(201105032);科学与工程计算国家重点实验室开放课题;理论物理国家重点实验室开放课题(Y3KF281CJ1)
  • 【文献出处】 天文学进展 ,Progress in Astronomy , 编辑部邮箱 ,2015年01期
  • 【分类号】P159
  • 【被引频次】13
  • 【下载频次】938
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