近日，长江大学物理与光电工程学院周欢教授在国际学术期刊《Physical Review D》（物理评论D）上以Letter形式发表题为“Testing supermassive primordial black holes with lensing signals of binary black hole merges”的研究论文，《物理评论D辑》（Physical Review D）是美国物理学会（APS）于1970年创刊的物理评论系列期刊之一，是基本粒子物理学、场论、引力和宇宙学领域的领先期刊，属于中科院物理与天体物理大类分区2区、施普林格·自然出版集团出版的全球最具影响力的的82本自然指数期刊之一。论文第一作者为我院周欢教授，通讯作者为北京师范大学物理与天文学院李正祥教授，长江大学为第一署名单位。研究团队创新性地提出利用强透镜引力波事件率和时间延迟分布的统计测量，可作为直接限制超大质量原初黑洞丰度的有力探针。
下一代地基引力波探测器预计将观测到数百万例双黑洞并合事件，其中一部分会受到星系或星系团的强透镜效应影响，产生具有特征时间延迟分布的多重像。重要的是，这类事件的预测发生率和性质对强透镜天体的丰度与分布十分敏感，而后者直接依赖于宇宙学模型。其中一种设想认为，早期宇宙中存在超大质量原初黑洞，这会增强暗物质晕的形成。该机制已被用来解释詹姆斯·韦伯空间望远镜观测到的高红移星系丰度。关键在于，包含超大质量原初黑洞的同一宇宙学模型也会在强透镜引力波事件族群中留下独特的印记：它既会提高强引力透镜事件发生率，也会改变多重像之间的时间延迟分布。因此，该团队创造性地提出对强透镜引力波事件的发生率和时间延迟分布进行统计测量，以此作为直接限制超大质量原初黑洞丰度的有力探针。在考虑（非）成团超大质量原初黑洞的ΛCDM宇宙学模型下，研究发现质量大于10⁸倍太阳质量的超大质量原初黑洞的丰度在95%置信度上被约束在约10⁻⁴量级（下图红、绿限制曲线）。这一结果将与目前来自大尺度结构观测的限制相当，并与之互补。
该研究得到了国家重点研发计划、中国博士后科学基金等项目的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prd/accepted/10.1103/zdgd-41w4
（审核 张华峰 编辑 梁军）
