中子双星并合GW170817事件中引力物理的研究

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2017年08月17日,升级后的LIGO激光干涉引力波天文台联合升级后的Virgo欧洲室女座引力波天文台首次探测到了中子双星并合信号GW170817。这次引力波信号非常响亮,持续100s,其信噪比32.4,虚警率小于1.25×10-5yr-1。紧接着Fermi和INTEGRAL分别探测到伽马射线暴GRB 170817A。并合不到11个小时,1M2H团队率先发现了引力波的光学伴随体SSS17a,后经IAU命名为AT 2017gfo,位于NGC 4993星系,光度距离40-14+8Mpc。70台不同波段的地基或天基天文台望远镜对这次事件进行了观测,不仅彻底证实了引力波的存在,也证实了中子双星并合会产生引力波并伴随着短伽玛暴和千新星(kilonova,macronova)。这次观测的结果开创了多信使、时域天文学的新纪元。因此GW170817的发现,在物理学上意义非凡,对于基础物理的测试提供了非常好的机会。本论文主要就是利用GW170817及其电磁对应体来开展弱等效原理测试(WEP)的理论研究。取得的主要创新点如下:(1)在高能天文事件测试弱等效原理的工作中,常聚焦于银河系引力势。由于缺乏对宿主星系的观测,往往忽视宿主星系引力势对WEP测试的影响。而GW170817事件的宿主星系被定位为NGC 4993星系。通过联合宿主星系NGC 4993和银河系的引力势,我们发现WEP的测试得到明显增强,对于GW170817/GRB 170817A后牛顿参数差△γ上限是10-9,对于GW170817/AT 2017gfo后牛顿参数差△γ上限则为10-4。该结果比其他文献中仅考虑银河引力势时的结果要提高1到2个数量级。(2)结合LIGO、Fermi、HST等观测组对角度偏差(angle offset)和电磁对应体吸收谱对星系间介质(Interstellar Medium)吸收的观测,我们充分考虑引力波源可能的位置对WEP测试的影响,研究发现在GW170817事件爆发形成过程中第二次超新星爆发时所产生的出生踢(Natal Kick)将会对WEP测试产生较大影响,最大可以产生约20%的偏差。(3)最后我们分析了 2MASS红移巡天(2MRS)中NGC 4993暗物质晕所带典型0.2dex对WEP测试结果所产生的影响,研究发现随着晕质量的增加,WEP测试在逐渐增强,牛顿参数差△γ上限逐渐减小,最大质量的1012.4/hM(?)的测试要比最小质量1012.0/hM(?)的结果要增强2倍。
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