2020年10月数理与统计学院组建了计算物理与应用研究中心，由伍歆教授带领团队进行科研攻关，近期团队成员王颖博士、孙威博士、刘福窑教授和伍歆教授（通讯作者）在广义相对论框架内计算非旋转黑洞轨道方面取得一系列重要进展。相关成果以三篇论文形式发布，其中以“Construction of explicit symplectic integrators in general relativity. I. Schwarzschild black holes”和“Construction of explicit symplectic integrators in general relativity. II. Reissner-Nordstr?m black holes”为题在《Astrophysical Journal》（该期刊为国际天文学领域TOP期刊，中科院分区二区，影响因子为5.625）上发表；以“Construction of explicit symplectic integrators in general relativity.III. Reissner-Nordstr?m-(anti)-de Sitter black holes”为题被《Astrophysical Journal Supplement Series》（该期刊为国际天文学领域TOP期刊，中科院分区一区，影响因子为8.274）接受待发表。
一个世纪前，爱因斯坦广义相对论预言了黑洞和引力波的存在。近几年来LIGO 和Virgo 陆续探测到多例引力波信号，并且巨型椭圆星系M87中心的超大质量黑洞候选的照片问世，有力验证了这两个预言的正确。黑洞或带电粒子的自旋以及黑洞周围的磁场会破环时空的可积性，甚至引起系统指数灵敏地依赖初始条件，即蝴蝶效应，称为混沌现象。混沌信号剔除噪声困难，可能影响引力波探测；但混沌对信号有放大作用，有可能利于引力波探测。因此，致密天体系统混沌现象受到关注。
求解这样的相对论混沌系统需要长时间数值积分，要求算法具有长期稳定性、较高精度和较快计算速度。通常龙格库塔方法不能长时间保持系统本身所固有的能量等物理性质，不适合用来研究这类问题。对于哈密顿系统，自然优先考虑我国数学家冯康先生等提出的保持哈密顿系统相流的辛积分算法，可使系统能量误差无长期变化，特别适合研究自然天体的长期动力学演化。在太阳系容易构建天体系统的显式辛算法，但以前在相对论黑洞时空一般只能构建隐式辛算法，因为坐标和动量很难分离。隐式辛算法计算速度一般劣于显式辛算法。伍歆教授团队解决了在严格广义相对论中构建显式辛算法的多年难题，将非旋转黑洞、带电荷非旋转黑洞以及有电荷和宇宙学常数的非旋转黑洞时空对应的哈密顿分别分解为4、5和6个可积部分，并且每部分的分析解都能表示为时间的显函数；然后，将这些分析解按对称方式组合成2、4、6等阶显式辛算法。数值结果表明所建立的算法具有理想的数值性能，发现黑洞电荷与带电粒子之间库仑力对粒子混沌有重要影响，还表明正宇宙学常数能够增强混沌效应。
这些工作体现了数值分析、计算物理、天体力学、混沌动力学、广义相对论和黑洞物理的学科交叉融合，为显式辛算法在严格广义相对论中的应用开辟了新天体，也为引力波探测提供了参考。
该项研究受到国家自然科学基金重点项目（11533004）、面上项目（11973020）、天文联合项目（U2031145）以及青年项目（11803020，41807437）资助。
伍歆教授，博士生导师，国家自然科学基金重点项目负责人，全国优秀科技工作者，享受国务院政府特殊津贴专家，国家自然科学基金项目通讯评议和会议评审专家库成员。长期致力于黑洞等致密天体轨道计算与长期动力学演化研究，已形成系统的研究工作，以第一或通讯作者在国际SCI期刊上发表学术论文近70篇；主持国家自然科学基金项目7项，其中1项为重点项目；荣获省部级自然科学奖一等奖。