引力波是时空的涟漪。激光干涉引力波天文台（LIGO）对双黑洞（BBH）并合引力波信号GW150914的探测第一次直接证实了爱因斯坦广义相对论于1916年的理论预言,也标志着引力波天文学时代的到来,而双中子星并合引力波信号及其电磁对应体GW170817/GRB 170817A的探测则使我们迈入了多信使引力波天文学时代。在第一章中,我们简要回顾了引力波理论及其探测的历史,介绍了不同类型、不同频率的引力波源,简要概述了引力波天文学近年来的科学发现。引力波不仅对伽玛射线暴（GRB）、千新星（Kilonova）、中子星（NS）等天体物理现象的研究具有重要意义,还提供了宇宙学研究的新方法,即通过拟合引力波波形得到引力波源的光度距离,再通过电磁对应体获得宿主星系的红移信息,二者构成了标准汽笛（Standard siren）。我们总结了已有的利用引力波标准汽笛研究宇宙学的工作,包括引力波观测对哈勃常数的独立测量。在第二章中,我们利用新版的星族合成（Population synthesis）程序BSE研究了双中子星并合引力波源的统计性质,包括并合位置和星系中心的偏离（Offset）、延迟时间（Delay time）和并合时间（Merger time）的分布、并合率随红移的演化等。在许多理论模型中,双中子星并合产生的稳定中子星是快速射电暴的中心引擎。当前已定位的非重复快速射电暴（FRB）的爆发位置偏离星系中心,如FRB180924、FRB 190523,这一现象支持了快速射电暴和双中子星并合的关联。我们利用星族合成得到的双中子星并合位置可以产生高达30 kpc的偏离,这与快速射电暴的观测相符。在第三章中,我们提出利用一种新的引力波源——极端质量比例旋（EMRI）——及相关电磁信号作为标准汽笛。EMRI是致密天体向超大质量黑洞（SMBH）旋进过程中产生的引力波信号,也是e LISA等空间引力波探测器的主要科学目标。传统看法认为,EMRI不存在可观测的电磁对应体,因为致密天体难以被超大质量黑洞潮汐撕裂。我们提出了一种新的机制,即具有“洋葱结构”的大质量恒星在掠过超大质量黑洞时,其氦包层（Helium envelope）被潮汐撕裂（TDE）,产生明亮的电磁信号,而内部致密的碳-氧核（Carbon-Oxygen core）继续旋进,产生EMRI信号。当初始的轨道半长轴和离心率满足一定条件时,可以在TDE发生20年内的相同位置观测到EMRI信号。如果证认了TDE和EMRI具有相同的起源,则我们得到了一种新的标准汽笛,这不仅提供了一种宇宙学探针,还有助于认证EMRI的宿主星系。第四章中,我们提出利用标准汽笛精确地测量邻近星系的本动速度。星系的径向本动速度可以使用公式vobs,r=cz-H0dp计算。然而,由于这样得到的本动速度极大地依赖于H0,我们需要独立测量的H0来避免H0冲突（H0tension）的影响。我们将引力波观测得到的径向本动速度和PSCz星系巡天重构出的本动速度场进行比较,来限制H0的值。同时,由于重构得到的本动速度中含有参数β,我们使用马尔可夫链-蒙特卡洛（MCMC）方法同时拟合H0和β。随着未来引力波探测器的距离探测误差降低到0.1%,本动速度的不确定度在100 Mpc处可降至10 km s^-1。对于第三代地面引力波探测器,几十个伴随电磁对应体的引力波事件可以给出0.5%的H0精度和0.6%的σ8精度,这可以调和H0冲突并研究宇宙加速膨胀的起源。第五章中我们利用引力波标准汽笛校准了伽玛暴光度关系。伽玛暴光度关系（Luminosity correlations）是高红移宇宙的探针,但也存在着循环性问题,即光度关系依赖于宇宙学模型。常用的解决方法如利用Ia型超新星来校准光度关系会引入系统误差,而引力波标准汽笛则不会。基于相同红移处的天体具有相同的光度距离的前提,可以通过对引力波标准汽笛进行插值,得到伽玛暴的光度距离。我们利用模拟的引力波样本和观测的伽玛暴样本校准了阿马蒂关系（Amati relation）和吉兰达关系（Ghirlanda relation）,并与Pantheon超新星样本联合限制了宇宙学模型。最后,我们简单介绍了未来的地基和空间引力波探测器,并对引力波天文学的研究前景进行了展望。