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国家天文台揭示SKA具备研究超大质量双黑洞红移演化的潜力

2020/7/16 18:02:16 来源:光明网 浏览:

近日,中国科学院国家天文台李菂团队完成了对于平方公里阵(Square Kilometre Array,SKA)时代引力波探测的前瞻性测算,首次量化了SKA引力波源样本的红移期待值,揭示了SKA仅需要监测少量(约20颗)高质量毫秒脉冲星就能够系统研究超大质量双黑洞的红移演化。

星系中心存在一个和星系共同演化的超大质量黑洞。超大质量双黑洞是星系合并后的产物,对于星系演化的研究有着重要意义,但是目前观测上并没有一个完全认证的超大质量双黑洞。国家天文台博士研究生冯毅等基于红外星系样本,利用半分析数值模拟的方法,估计了不同红移处超大质量双黑洞的数量及其低频引力波特征,进一步测算了SKA脉冲星阵(SKA-PTA)探测这些超大质量双黑洞演化的能力。

SKA作为一个巨型射电望远镜阵列,有着探测来自超大质量双黑洞发出的纳赫兹引力波的巨大潜力。区别于之前相关工作普遍使用的成百上千颗脉冲星,这项工作指出了SKA脉冲星计时阵可以由数量远小于此前预期的脉冲星组成。该文章计算了仅由20颗高质量毫秒脉冲星构成的SKA脉冲星计时阵能够在运行五年内探测到引力波,并且在运行十年的时候达到一年一百次的探测率。在运行三十年内,能够探测到大约60个红移0.05以内的超大质量双黑洞,而在红移1以内能够探测到超过一万个超大质量双黑洞(如下图)。

SKA脉冲星计时阵能够探测到大量随红移分布的超大质量双黑洞,使得SKA可成为研究超大质量双黑洞演化、星系演化的革命性设备。相关成果发表在《物理评论D》(10.1103/PhysRevD.102.023014)上。

不同颜色的点代表不同红移的超大质量双黑洞,不同颜色的线代表SKA运行一段时间探测引力波的阈值,点在线之上代表能探测到该引力波源。

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