贵州大学物理学院徐兆意课题组在黑洞物理与引力波天文学领域取得新进展，探讨了极端质量比例旋近系统（EMRIs）中的周期性轨道及引力波辐射作为黑洞“量子毛发”探针的可能性。相关科研成果已在国际主流物理期刊《欧洲物理学杂志 C》（Eur. Phys. J. C）（自然指数期刊）上发表。该项工作的第一作者为贵州大学物理学院本科生张怡茹（Yiru Zhang），通讯作者为徐兆意（Zhaoyi Xu），团队成员唐美荣（Meirong Tang）参与了该项研究。
图 1 固定（z,w,v）下，不同量子参数γ的测试体轨迹（E=0.96）
经典的黑洞“无毛定理”指出，广义相对论中的稳态黑洞可以完全由少数几个全局参数描述。在该理论框架下，事件视界之外预期不存在额外的几何结构。然而，量子真空极化可能会对近视界几何产生微小修正，从而有效地产生被称为“量子毛发”的特征。这类修正可能为了解黑洞的微观结构和热力学性质提供一个潜在的窗口。值得一提的是，本研究所采用的量子修正黑洞度规，其理论基础源自韩国西江大学（Sogang University）Sojeong Cheong 与 Wontae Kim 的研究工作。他们在 Barvinsky-Vilkovisky 形式下推导出了包含量子毛发的黑洞度规。在此背景下，团队详细研究了量子毛发参数如何影响测试物体在极端质量比例旋近系统（EMRIs）中的周期性轨道动力学及其相关的引力波辐射。
研究发现，量子毛发参数显著改变了两个重要圆轨道——临界束缚圆轨道（MBO）和最内层稳定圆轨道（ISCO）的特征半径与角动量，导致能量-角动量（E-L）相空间的允许区域发生偏移。
图 2不同量子毛发参数下粒子轨道所允许的区域
结合有理数分类方案，团队进一步表明量子修正倾向于增强“放大-旋转”（zoom-whirl）轨道行为。在本工作所采用的 Numerical Kludge 框架下，研究证实了量子毛发参数修正了有效势能，并引起了基础轨道频率的微小偏移。这种频率微调在长期的引力波波形演化中，最终会产生显著的累积相位差。这些结果生动地展示了量子修正几何如何影响保守轨道动力学和波形相位，并为未来在 EMRI 信号中寻找可能的量子引力印记提供了现象学基础。
图 3不同量子参数下，同一轨道的轨迹、波形图
论文来源: https://inspirehep.net/literature/3127716
图文：张怡茹
一审：刘艳辉
二审：李声伟
三审：梁方毅
