引力波事件GW150914的弱等效原理研究

发布时间：2019-11-25 09:53

【摘要】：最近 Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory(LIGO)引力波(gravitational wave,GW)观测组首次探测到三个疑似引力波信号,即GW150914、GW151226和LVT151012。三个信号中又数GW150914的观测数据在统计学上给出较高的可信度,其信噪比(Signal-to-noise ratio)达到23.7,虚警率(False alarm rate)小于6.0×10-7yr-1,并且显著性差异(Significance)大于5.3σ。LIGO通过对致密双星的引力辐射的研究发现GW150914是来自于恒星级的双黑洞系统,这是人们首次直接观测到黑洞存在的证据,因此GW150914的发现在物理学上意义非常重大。在LIGO发现GW150914之后0.4s时刻Fermi卫星发现了该引力波的疑似电磁伙伴GBMtransient 150914。本学位论文就是基于这些信号的优良特性,利用引力波信号GW150914和疑似电磁伙伴GBM transient 150914来开展弱等效原理(weak equivalence principle,WEP)的研究。同时我们还开展了引力全息方面的研究。首先在主要的研究方面有以下五个主要创新点:第一点,初始引力波是指L1和H1两个探测器在起振时刻观测到的引力波,我们研究了 GW150914具有不同极化的初始引力波之间的WEP差异。发现表征弱等效原理的后牛顿参数γ的差异在数量级上小于10-10,即△γ10-10。此结果比快速射电爆(FBR)的结果还要小两个数量级,例如FRB150418和FRB110220。第二点,我们研究了引力波GW150914和电磁伙伴GBM transient 150914之间的WEP差异。在考虑较为真实的天文环境后,我们采用了 Perna提出的短爆辐射模型(short gamma-ray burst,SGRB),该模型基于传统的超爱丁顿吸积模型(super-Eddington accretion model)。研究结果发现引力波 GW150914 和电磁伙伴 GBM transient 150914之间弱等效原理差异在数量级上也是小于10-10,即Aγ10-10。第三点,我们研究了 GW150914在全频率区间[35Hz,250Hz]的WEP差异。这里假设全频率区间的引力波同时爆发,探测到的持续时间为引力波穿过引力场所产生的引力延迟。结果表明,全频率区间[35Hz,250Hz]的引力波的弱等效原理差异小于 10-8,即 △γ10-8。第四点,我们研究了电磁伙伴GBM transient 150914在全能量区间[1KeV,1OMeV]上的弱等效原理差异。结果表明,WEP差异同样小于10-8,即△γ10-8。第五点,我们还提出了一种利用多定位信息来研究弱等效原理的新方法,在对GW150914和GBMtransient 150914的四种不同的WEP差异测试研究中,我们不仅采用了 Fermi卫星提供的最佳拟合位置(best fit position,BFP),其坐标为(RA=57deg,Dec=-22deg),还利用了该卫星提供的另外5度等分的11个定位点,研究发现这12个点的结果给出的数量级是相同的。其次,在引力全息方面,我们利用5D的平坦时空构建了一个4D的Anti-de Sitter(AdS)解,4D的宇宙学常数是来自于额外维的诱导。我们发现对于类空(spacelike)的额外维可以提供一个正的宇宙学常数,也就是de Sitter时空,而对于类时(timelike)的额外维则可以提供一个负的宇宙学常数,也就是AdS时空。本学位论文篇章结构如下:第一章和第二章分别介绍研究工作的背景知识,即广义相对论、等效性原理、引力波和引力全息。第三章介绍我们利用引力波事件GW150914来研究弱等效原理的工作。第四章介绍我们利用引力波的电磁伙伴GBM transient 150914来研究弱等效原理的工作。第五章介绍我们构建一个新的AdS时空的工作。第六章是结论与展望。
【学位授予单位】：信阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O412.1

【参考文献】