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近日，中國科學(xué)院上海天文臺引力波研究團隊通過(guò)對黑洞微擾理論的研究，發(fā)現了適用于任意天體物理環(huán)境和極端質(zhì)量比旋近系統的引力波計算方法。相關(guān)成果發(fā)表在《中國科學(xué)：物理、力學(xué)和天文學(xué)（英文版）》上。黑洞微擾理論被廣泛用于極端質(zhì)量比旋近系統的引力波計算。由于作為攝動(dòng)源的致密天體的性質(zhì)和黑洞背景時(shí)空的耦合，使得計算變得復雜而低效。既往研究中，為了簡(jiǎn)化計算，科學(xué)家只能將恒星級致密天體假設為沒(méi)有大小和結構的點(diǎn)粒子并必須假設黑洞周?chē)钦婵窄h(huán)境。然而，現實(shí)情況卻是黑洞周?chē)嬖谖e盤(pán)和暗物質(zhì)粒子等，致密天體也具有復雜的結構，這使計算變得復雜或不可能實(shí)現。此外，以這種近似的假設條件參加計算的方法已不能滿(mǎn)足未來(lái)高精度引力波探測需要。上海天文臺通過(guò)研究微擾方程的性質(zhì)，創(chuàng )造性地提出了新方法。該方法徹底分離了擾動(dòng)源和黑洞背景時(shí)空，可用于計算致密天體具有任意內部結構和超大質(zhì)量黑洞周?chē)我猸h(huán)境的極端質(zhì)量比旋近系統的引力波。該研究發(fā)現了微擾方程漸進(jìn)行為對于微擾源的線(xiàn)性的性質(zhì)。利用這一性質(zhì)，引力波作為微擾方程漸近解可以直接表述為微擾源的線(xiàn)性變換。除單個(gè)恒星級致密天體繞轉超大質(zhì)量黑洞外，超大質(zhì)量黑洞有時(shí)會(huì )吸引一對雙黑洞，這構成了極端質(zhì)量比旋近雙星系統。這種奇特的三體系統能夠同時(shí)向外輻射低頻和高頻的引力波。這些低頻和高頻的引力波能夠被地面和空間的引力波探測器同時(shí)探測到，引起了科學(xué)家的關(guān)注。然而，如何計算這種極端質(zhì)量比旋近雙星系統的引力波信號存在挑戰性。針對這一問(wèn)題，上海天文臺和中國科學(xué)院大學(xué)吳岳良院士團隊合作，將雙黑洞視為帶有復雜內部結構的單體，計算了極端質(zhì)量比旋近雙星系統的引力波。這對星系核動(dòng)力學(xué)和檢驗引力理論均有積極意義。相關(guān)成果發(fā)表在《歐洲物理學(xué)期刊C》（The European Physical Journal C）上。論文鏈接：1、2極端質(zhì)量比旋近雙星示意圖