本文主要介绍了我在张杨教授和蔡一夫教授指导下进行的关于早期宇宙中黑洞的一些研究,包括两部分内容:1、超大质量双黑洞OJ 287的引力辐射及相关的脉冲星计时阵列(PTA)探测;2、反弹宇宙中原初黑洞的产生、丰度及演化,并利用原初黑洞对反弹宇宙学模型进行限制。OJ 287是目前的PTA探测项目中的一个候选引力波源,其特征性的准周期光变让我们得以精确计算其运动轨道和引力辐射,因此对OJ 287的研究在未来PTA领域中将有很重要的意义。另一方面,反弹宇宙学是一类可替代暴胀的早期宇宙范式,能够满足当前的微波背景辐射(CMB)等观测结果的需求,进一步检验反弹宇宙学是未来宇宙学探测的目标之一。原初黑洞是早期宇宙的遗迹,其质量函数和丰度能够反映早期宇宙的演化过程。因此,原初黑洞提供了一种检验反弹宇宙模型的新颖手段,研究反弹宇宙中的原初黑洞有重要的意义。本文共分为四章。在第一章中,我们简要回顾相关的背景知识,包括黑洞、宇宙学和引力波等领域的发展历史、现状和未来的发展趋势。我们更加侧重于介绍其中和工作内容联系紧密的部分,如原初黑洞、反弹宇宙学、PTA探测等。在第二章中,我们将介绍和超大质量双黑洞OJ 287相关的工作。首先我们会回顾用来描述双星系统运动的后牛顿动力学理论,包括轨道运动方程、自旋进动方程、以及对应的引力辐射公式等。然后根据OJ 287的周期性光变发光机制,我们将拟合出精确到后牛顿3阶(3PN)的OJ 287运动轨道,并基于精确的运动轨道给出未来10年内(2019-2029年)地球附近的OJ 287引力辐射实时预报。结果表明OJ 287的引力辐射仅当双黑洞在近星点附近时(2019-2021年)才变得显著,幅度峰值为8 × 10-16,在其余时间(2022-2029年)则非常微弱。而在2022-2029年这段时间,当地球附近的OJ 287引力辐射微弱的时候,PTA探测信号信号将由脉冲星处的引力波(即脉冲星项)主导,因此这将是很好的观测脉冲星项的机会。此外,我们选取了目前探测到的最稳定的26颗毫秒脉冲星,并计算了这些脉冲星在未来10年内由未来10年内由OJ 287引力辐射引起的计时残差信号和信噪比。结果表明这26颗脉冲星的总信噪比可达到1.9-2.9。一旦OJ 287的引力辐射在未来被脉冲星计时阵列观测到,我们将期待通过引力波窗口观测OJ 287,但是需要距离精确测量的脉冲星,如PSR J0437-4715。于是我们用J0437-4715的计时残差信号来限制OJ 287的极化角参数,该参数难以通过光学观测获得,而用J0437-4715测量的不确定度不超过8°。在第三章中,我们将介绍反弹宇宙中原初黑洞的相关工作。我们首先会把反弹宇宙分为收缩、反弹、膨胀三个阶段分别进行参数化,并探讨了其中的原初密度扰动的演化。经过分析,我们只需要四个独立参数就能描述整个反弹宇宙过程:物质收缩阶段的声速cs,反弹阶段始末时刻的哈勃参数H_和H+,以及与反弹阶段持续时间相关的参数T。然后我们基于共动规范下的线性引力近似理论,对反弹宇宙中产生的原初黑洞的尺度、丰度、演化等行为进行分析。基于以上分析以及原初黑洞的相关观测数据,我们给出了三种限制反弹宇宙模型的方法:1、计算收缩相结束时的原初黑洞质量分数,并让其远小于1;2、计算反弹点处原初黑洞及其霍金辐射的能量密度,并让其远小于背景压强;3、计算今天原初黑洞或霍金辐射的能量密度,并让其远小于观测限制。计算结果表明目前CMB观测支持的反弹模型在收缩阶段都不会产生大量的原初黑洞以至于破坏背景动力学,然而CMB观测无法对反弹阶段的演化过程进行限制,因此原初黑洞对T等反弹模型参数的限制实质性地补充了CMB的限制结果。在第四章,我们对全文进行总结和展望。