Dark Matter Primordial Black Holes Under the Scrutiny of LIGO's Observations

LIGO 观测中的暗物质原始黑洞

基本信息

  • 批准号:
    2207912
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The nature of dark matter remains to date one of the most fundamental questions of physics. This project will make gravitational-wave observations by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory and future Laser Interferometer Space Antenna, a part of our toolset in searching for the nature of dark matter and in understanding the early universe. The PI will develop software to analyze GW data in order to gain insight on the creation of black holes at the beginning of the Universe (primordial black holes or PBH). These BHs are a potential important component of some models for dark matter, a critical component of our Universe that has yet to be identified. A graduate student and three undergraduate students will be mentored in gravitational-wave research and data analysis. This will allow them to pursue future careers in academia or industry at an era when data science is of great significance to the future prosperity and security of the US. The PI will give public talks and organize amateur astronomy events accessible to the local community, making the field of astronomy and astrophysics a more inclusive one. This project will develop new probes to search for signals of primordial black hole (PBH) dark matter at gravitational-wave observations. It will directly test the predictions of PBH dark matter using new and upcoming data from the LIGO/Virgo/KAGRA collaborations. It will also develop the means to use future observations from next-generation gravitational-wave observatories, to test the wide variety of features expected from the PBH dark matter model. This project will use the full information available, including the masses, spins, orbital eccentricity and redshift distribution of the merging black holes, and will address a wide variety of future gravitational-wave observatories. This project will employ and develop analytical and semi-numerical modeling to study the dynamical formation of compact object pairs, via multiple pathways that occur at the cores of globular clusters, dense stellar environments and dense dark matter halos. This will allow the comparison of the potential dark matter signals in gravitational waves and their closest more conventional astrophysical stellar mass black hole backgrounds next to each other. The project will directly probe the primordial black holes mass spectrum up to hundreds of solar masses and significantly improve our understanding for the primordial perturbations in the early Universe.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
暗物质的性质仍然是迄今为止物理学中最基本的问题之一。该项目将通过激光干涉仪引力波观测和未来激光干涉仪空间天线进行引力波观测,这是我们工具集的一部分,用于寻找暗物质的本质和理解早期宇宙。 PI将开发用于分析GW数据的软件,以便深入了解宇宙开头的黑洞(原始黑洞或PBH)。这些BHS是某些模型的潜在重要组成部分,这是我们宇宙的关键组成部分,尚未确定。一名研究生和三名本科生将受到重力波研究和数据分析的指导。这将使他们能够在数据科学对美国未来繁荣和安全具有重要意义的时代从事学术界或行业的未来职业。 PI将进行公开谈判,并组织当地社区可以访问的业余天文学事件,使天文学和天体物理学领域变得更具包容性。该项目将开发新的探针,以搜索引力波观测中原始黑洞(PBH)暗物质的信号。它将使用Ligo/Wigo/Kagra协作的新数据直接测试PBH暗物质的预测。它还将开发一种使用下一代重力波观测器的未来观察结果的方法,以测试PBH暗物质模型所期望的各种特征。该项目将使用可用的完整信息,包括群众,旋转,轨道偏心率和合并黑洞的红移分布,并将解决各种各样的未来引力波观测。该项目将采用并开发分析和半数字建模来研究紧凑型物体对的动态形成,该模型通过在球状簇,浓密的恒星环境和密集的暗物质光环的核心处发生的多种途径。这将允许比较重力波中潜在的暗物质信号,以及它们最接近传统的天体物理恒星质量黑洞背景。该项目将直接探究多达数百个太阳能质量的原始黑洞质谱,并显着提高我们对早期宇宙中原始扰动的理解。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准来通过评估来获得支持的。

项目成果

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