摘要
原初黑洞是在宇宙早期由于局域不均匀性导致原初密度扰动坍塌而形成的黑洞。因为原初黑洞不仅可以作为冷暗物质的候选者，而且可以解释LIGO-Virgo科学组织探测到的双黑洞并合事件，所以原初黑洞受到越来越广泛的关注。本文探索通过引力波的手段来探测原初黑洞。 首先，考虑所有其他原初黑洞以及线性密度扰动产生的力矩对原初双黑洞演化的影响，我们计算了原初黑洞具有一般质量谱情况下的原初双黑洞的并合率分布，并证实了绝大多数的冷暗物质不是由恒星级质量的原初黑洞构成的。利用一维和二维的原初黑洞并合率分布，我们有望重构出原初黑洞的质量分布，进而帮助我们理解LIGO-Virgo探测到的双黑洞的形成与演化机制。 其次，我们计算了双黑洞和双中子星并合产生的随机引力波背景。我们考虑了两种不同的双黑洞形成机制，分别是天体物理双黑洞和原初双黑洞机制。我们发现原初双黑洞会比天体物理双黑洞产生更强的随机引力波背景。另外，双黑洞和双中子星产生的随机引力波背景可以被未来的空间引力波探测器LISA探测到。如果这一引力波背景没能从LISA探测器中扣除掉，将会构成LISA的额外噪音，从而降低LISA的探测能力。 然后，我们探讨了通过下一代地基引力波探测器，比如爱因斯坦望远镜和宇宙勘探者，来区分原初黑洞和天体物理黑洞的可能性。通过定向搜寻亚太阳质量的双黑洞系统，我们估算了原初黑洞占冷暗物质丰度的可探测上限。另外，我们预测了爱因斯坦望远镜和宇宙勘探者能够探测到的双黑洞事件数目随红移的分布，从而来区分原初黑洞和天体物理黑洞。 最后，我们在北美纳赫兹引力波天文台11年的数据中搜索伴随原初黑洞形成而产生的标量诱导引力波信号。由于没有发现统计意义上显著的引力波信号，我们对质量在[2×10-3，7×10-1]太阳质量区间的原初黑洞占冷暗物质的丰度给出了迄今为止最严格的限制。
NETL