论文部分内容阅读
通过星族合成的方法,我们构建了一个双黑洞吸积暗物质的模型,并研究了双黑洞的合并率。在我们的模型中,大质量双星系统经过正常的恒星演化形成双黑洞系统,此后,黑洞吸积其周围的暗物质,因双星绕转释放引力波致使双星间距减小,最终发生合并。我们发现双黑洞吸积暗物质后,其合并率会有较小的增长（小于10%）,然而吸积暗物质对双黑洞质量的增加有显著影响。对于未吸积暗物质的模型,低金属丰度（Z=0.0001和0.001）模型中的数据可覆盖现有的观测数据（GW150914、GW151226、GW170104、GW170608、GW170729、GW170809、GW170814、GW170818和GW170823中双黑洞的质量）,然而对于高金属丰度时（Z=0.01和0.02）,模型中的数据不能覆盖现有的观测数据。主要原因为化学均匀演化对低金属丰度的旋转星更加有效,对于吸积后的模型,不同金属丰度的双黑洞的质量都有所增加,对于金属丰度为Z=0.0001、0.001和0.01的结果可以覆盖所有的观测,在Z=0.01的模型中可以很好的看出吸积暗物质的作用,在金属丰度Z=0.01时,未经吸积暗物质时,双黑洞的质量难以达到形成GW150914、GW170104、GW170729、GW170809、GW170814、GW170818和GW170823事件中出现的恒星级大质量黑洞的质量,然而在吸积暗物质后,我们的模型很好的解释了这些事件中出现的恒星级大质量黑洞。当金属丰度Z=0.02时,在我们的模型下也难以解释GW150914、GW170104、GW170729、GW170809、GW170814、GW170818和GW170823中出现的恒星级大质量黑洞。我们估计了双黑洞的合并率在55到197 Gpc-3yr-1。因引力波探测器在灵敏度上的改进,使得引力波信号被探测到（GW150914、GW151226、GW170104、GW170608、GW170729、GW170809、GW170814、GW170817、GW170818和GW170823）。引力波也有很多性质,其中一个就是引力波的记忆效应,探测引力波的记忆效应需要更高的灵敏度,在研究引力波的记忆效应之前,对引力波时空奇异性的研究是必要的。在这篇文章中我们进一步讨论引力波时空的奇异性。如同在Schwarzschild坐标系下的黑洞,在Baldwin,Jeffery和Rosen（B-J-R）坐标系下的引力波时空也是有奇异性的,在讨论时空的渐进性之前,研究这些奇异处的延拓是很有必要的。我们发现奇异性可以用χ（u）≡e-U（u）/2=（u-us）α?χ（u）来描述,?χ（u）=∑∞n=0χn（u-us）n。这里平面引力波沿着u为常数的方向传播,只有两种情况下（i）α=21或（ii）α=1不是奇异的,其余所有的时空都是奇异的。我们发现,当α=1/2,在u=us附近,A（u）是有限的,并且有良好的性质。A（u）为Brinkmann坐标系(ds2=-2d?ud?v+d?y2+d?z2+21A（?u）?y2-?z2d?u2)的一个系数。然而在α=1的情况下,我们发现A（u）只有在χ1=χ2=χ3=0是有限的,并有很好的性质,这里χn为?χ（u）表达式中的系数,如果任意一个系数不为零,当穿过u=us时A（u）会出现奇异性。这表明即使潮汐力对观测者固有时的两次积分为有限的,仍然有两种可能的情况:（i）相应的时空为真实的奇异性;（ii）相应的奇异性为坐标奇异性,可以通过坐标变换来消除。在这篇文章中,我们研究了引力波时空奇异性的本质,发现其中有一些是真正的时空的奇异性,超越这些奇异处是不可能的,因为其已经是时空的边界。真实奇异性的时空不能用来研究时空的渐进性,比如引力波的记忆效应和软引力。