A hierarchical search for gravitational waves from supermassive black hole binary mergers
我们提出了一种在LISA数据中从合并的超大质量二元黑洞中寻找引力波的方法。搜索利用$\mathcal{F}$统计量来最大化二元系统的外部参数并确定其值。使用随机生成的多维模板库分层搜索内部参数，以恢复二进制的质量和天空位置。我们提出了这种方法应用于模拟LISA数据挑战1B数据集的结果。
2008-10-01 gr-qc
Detecting Supermassive Black Hole-Induced Binary Eccentricity Oscillations with LISA
星系核中的超大质量黑洞附近的恒星质量黑洞双星在引力扰动的作用下发生离心率振荡。以前的工作已经表明，这个通道可以有助于整体BHB合并率检测的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和处女座干涉仪。值得注意的是，双星轨道上的SMBH引力扰动可能会产生偏心BHB，预计在它们合并到LIGO/Virgo波段之前，使用即将到来的激光干涉仪空间天线（LISA）在其寿命的大部分时间内都可以看到这些BHB。对于一个概念验证，我们表明，这些二进制的偏心率振荡可以检测到与LISA的BHB在本地宇宙中的几个Mpcs，观察周期短于任务的寿命，从而解开这个合并通道从其他。这里提出的方法是直接适用于各种各样的紧凑对象二进制与第三同伴。
2019-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Testing the Kerr nature of intermediate-mass and supermassive black hole binaries using spin-induced multipole moment measurements
利用引力波测量双黑洞系统的自旋多极矩系数可以区分黑洞和其它致密天体[N。V. Krishnendu等人，PRL 119，091101（2017）]。在这里，我们应用[N]中提出的思想。V. Krishnendu等人，PRL 119，091101（2017）]到由中等质量和超大质量黑洞组成的二元系统，并使用未来的天基引力波探测器推导出其克尔性质的预期界限。利用双星黑洞布居的天体物理模型，研究了自旋诱导四极矩和八极矩系数的LISA和DECIGO可测性。在设计灵敏度下，对于LISA能观测到的超大质量双星系统中几乎所有的$3\%$，双星系统的自旋诱导四极矩参数的误差为{ $\leq 0.1$}，而对于DECIGO能观测到的中等质量黑洞双星系统中几乎所有的$3\%$，双星系统的自旋诱导四极矩参数的误差为$\sim 46\%$}。我们发现，对于\it和LISA和DECIGO探测器，四极矩和八极矩参数的误差分别可以估计为$\leq 1$和$\sim 50\%$。{我们的发现表明，对于LISA和DECIGO探测器来说，具有分别大于200和100的信噪比阈值的二元黑洞事件的子群体将允许对黑洞性质的测试达到10%的精度。}
2020-09-24 gr-qc
Detectability of modulated X-rays from LISA's supermassive black hole mergers
LISA的中心目标之一是探测来自超大质量黑洞合并的引力波。与恒星质量的黑洞合并相反，由于环双星盘的物质吸积到黑洞上，这种事件预计将是丰富的X射线源。合并前的轨道动力学也被认为会通过多普勒增强以准周期的方式调制所产生的X射线发射，并且与来自黑洞螺旋的引力波有简单的相位关系。探测到X射线源将使双星的精确和早期定位成为可能，从而使许多望远镜能够观察到合并的时刻。虽然由于存在许多混淆点源，在相对大的LISA天空定位中识别正确的X射线源将是具有挑战性的，但是准周期调制可以帮助识别。我们探讨了这种想法的实际可行性。我们模拟人口合并超大质量黑洞，他们的检测与LISA和他们的X射线光变曲线使用一个简单的模型。以NASA瞬变天体物理探测器上的X射线望远镜的参数为基础，设计并模拟了一个在LISA仍在观测黑洞内旋时寻找调制X射线源的观测活动。假设一个基准的LISA检测率$10$合并每年在红移接近$3.5$，我们预计一些调制X射线对应物的检测在名义上持续时间的LISA任务。
2019-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Accelerated parameter estimation of supermassive black hole binaries in LISA using a meshfree approximation
本研究将原本针对地面探测器的无网格插值加速贝叶斯推断技术适配至LISA，基于PhenomD波形与刚性绝热天线响应假设，实现了含噪信号中超大质量黑洞双星的快速准确参数估计。
2025-02-22 astro-ph.IM gr-qc
Impacts of Gravitational-Wave Background from Supermassive Black Hole Binaries on the Detection of Compact Binaries by LISA
本文研究超大质量黑洞双星产生的随机引力波背景对 LISA 探测大质量黑洞双星、已认证星系双星和极端质量比旋近的影响，指出必须消除该背景噪声以确保任务成功。
2023-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Coalescence Rate of Supermassive Black Hole Binaries Derived from Cosmological Simulations: Detection Rates for LISA and ET
大质量黑洞的合并历史是从宇宙学模拟中得出的，在宇宙学模拟中，这些物体的演化和宿主星系的演化是一致的。目前的研究表明，质量大于$\sim 10^{9} M_{\odot}$的超大质量黑洞在其历史上经历了多达500次合并事件。推导出的每共动体积和每质量间隔的聚结率允许获得沿计划中的干涉仪在空间（LISA）或在地面（Einstein）可达到的频率的引力波信号（“衰荡”）的预期探测率分布的估计。对于LISA，在其原始配置中，对于具有等于10的信噪比的事件，预计总检测率约为$15 yr^{-1}$，预期主要发生在频率范围$4-9 mHz$中。对于爱因斯坦引力波望远镜，预期每14个月一次，低至每4年一次，信噪比为5，主要发生在频率间隔$10-20 Hz$。对这些引力信号及其频率分布的探测将是未来区分解释超大质量黑洞起源的不同情景的重要工具。
2011-08-12 astro-ph.CO gr-qc
Parameter estimation of coalescing supermassive black hole binaries with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）将定期观测到非常高红移的超大质量黑洞（BH）双星的合并。对于距离为3 Gpc的源，LISA可以测量这种聚结的质量参数，相对精度为$10^{-4}-10^{-6}$。在LISA框架下研究了用后牛顿（PN）定相公式估计大质量非自旋双黑洞的参数问题。具体地，3.5PN模板的性能与其2PN对应物使用在LISA模式函数上平均的波形进行对比。通过计算各阶质量参数估计的误差，检验了由于高阶修正对定相公式的改进。用3.5PN波形代替2PN波形，显著提高了对质量参数${\cal M}$和$η$的估计。对于光度距离为3 Gpc的等质量双星$2\times10^6M_\odot$，啁啾质量的提高为$\sim 11%$，$η$为$\sim 39%$。聚结时间$t_c$的估计值为43%。对于质量不等的二进制合并的改善更大。将这些结果与使用非模式平均波形获得的结果进行比较。误差在很大程度上取决于源的位置和方向，不进行蒙特卡罗模拟就不能得出一般性的结论。最后研究了LISA低频截止点的选择对参数估计的影响。
2006-08-02 astro-ph gr-qc
Deep Surveys of Massive Black Holes with LISA
大质量黑洞双星系统是激光干涉仪空间天线（LISA）最感兴趣的来源之一;在螺旋的最后一年发出的引力辐射可以在宇宙学距离的源中以非常大的信噪比被检测到。在这里，我们讨论的天文学和宇宙学的LISA的影响，我们审查我们目前的理解相关的问题，并强调开放的问题，值得进一步调查。
1999-12-23 gr-qc
A Higher Probability of Detecting Lensed Supermassive Black Hole Binaries by LISA
引力波的引力透镜是探测宇宙中物质分布的有力工具。在这里，我们重新审视暗物质（DM）晕合并的大质量黑洞双星（MBHB）的GW信号引起的波动光学效应，我们研究的可能性辨别这些影响使用激光干涉仪空间天线（LISA）。特别是，我们包括晕在低质量范围内的$\rm 10^5-10^8\, M_\odot$，因为他们是最多的根据冷DM模型。我们模拟了对应于大范围的碰撞参量的透镜信号，并且我们发现即使当影响参数为大$y\simeq50$时，也与标准最佳拟合GW模板有可区分的偏差。因此，我们估计，超过$(0.1-1.6)\%$的MBHB在质量范围的$\rm 10^{5.0}-10^{6.5}\, M_\odot$和红移范围的$4-10$应该表现出可检测的波动光学效应。这个概率是一个数量级高于在以前的作品中得出的。不确定性主要来自DM晕的质量函数。在LISA任务期间没有检测到任何信号意味着带有$\rm 10^5-10^8\, M_\odot$的DM晕比冷DM模型预测的要少。
2022-02-11 astro-ph.CO gr-qc
Tracing Astrophysical Black Hole Seeds and Primordial Black Holes with LISA-Taiji Network
在这项工作中，我们讨论了LISA和太极的联合网络可以提供的改进探索两种黑洞的形成机制。对于天体物理起源，我们考虑轻种子和重种子的情况下，并相应地产生人口。我们发现，联合网络有可能在15 < z < 20的范围内观察到生长的光种子，而单个探测器几乎看不到，这将揭示光播种机制。对于重种子，联合网络仅提高了信噪比。对于原始起源，我们计算了z > 20时的事件率以及LISA和联合网络的检测率。联合网络将LISA的视界向低质量端扩展，在低质量端事件率高，因此我们有更好的机会利用联合网络观测到原始黑洞。我们还使用LISA和联合网络的Fisher矩阵估计参数，并发现联合网络显着改善估计。
2022-05-01 gr-qc
Probing black holes at low redshift using LISA EMRI observations
对于激光干涉仪空间天线（LISA）来说，最令人兴奋的潜在引力波源之一是近似太阳质量的致密物体进入星系中心大质量黑洞的吸气-极端质量比吸气（EMRI）。在整个任务期间，LISA应该观测到几十到几百个EMRI，主要是在低红移（z < 1）。每次观测都将提供主机系统参数的测量值，精度达到前所未有的水平。因此，LISA EMRI观测将提供一种新的和独特的方式来探测低红移的黑洞。在这篇文章中，我们提供了一个人口的EMRI事件，LISA可能会观察到的描述，并描述了事件的数量如何变化的基本假设有关的黑洞人口的变化。我们还提供了拟合函数，该拟合函数可以检测EMRI，并允许计算任意人口模型的LISA事件率。最后，我们讨论了一个正在进行的计划，将使用这些结果来评估LISA观测可能对星系演化模型造成的限制。
2009-03-08 gr-qc
Evaluating Black Hole Detectability with LISA
我们进行了独特的LISA探测器设计的测量能力的分析，检查LISA的低频性能的检测和定性的大规模黑洞二进制文件的影响。我们特别感兴趣的是LISA测量大质量黑洞合并的能力，这些黑洞的合并频率接近低频带边缘，质量在$\sim 10^6-10^{10}M_\odot$范围内。我们研究的信噪比（SNR）使用现象学波形的螺旋，合并，并在很宽的范围内的大规模黑洞二元参数的振铃。我们采用了广泛的调色板可能的LISA配置在低频具有不同的灵敏度。对于此分析，我们创建了一个工具（github.com/mikekatz04/BOWIE），用于评估两种参数化情况之间的SNR变化。SNR的偏移被计算为作为二进制参数的函数的增益或损失，并且在参数值的二维网格上以图形方式显示。我们说明了使用这种技术的参数化LISA任务设计，以及考虑天体物理参数对引力波信号模型的影响。在低频灵敏度方面，加速度噪声或臂长是观测最大质量黑洞双星的最重要因素，其次是破裂频率，然后是谱指数。LISA探测$\sim10^7-10^9M_\odot$黑洞的天体物理学人口的能力很大程度上受到其灵敏度的这些方面的影响。组成黑洞自旋的重要性也被强调。
2019-03-06 gr-qc
LISA observations of massive black holes binaries using post-Newtonian wave-forms
我们考虑大质量黑洞双星系统在圆形轨道和可忽略的自旋发出的螺旋信号的LISA观测。我们研究的准确性，源参数可以从数据流中提取。我们表明，使用保留后牛顿修正的波形不仅相位，而且幅度可以大大提高一些参数的估计。
2000-05-16 gr-qc
Chaos in Quadratic Gravity
虽然LIGO和Virgo最近的引力波观测允许在极端重力状态下测试广义相对论，但这些观测仍然对这些仪器灵敏度曲线之外的大量现象视而不见。未来的引力波探测器，如LISA，将能够探测更长时间和更低频率的事件。特别是，当一个小型紧凑物体落入一个超大质量黑洞时，LISA将能够表征极端质量比吸气的非线性动力学。本文在两种二次引力理论中研究了测试粒子围绕自旋黑洞的运动：标量Gauss-Bonnet引力理论和动力学Chern-Simons引力理论。我们表明，在这些理论中，围绕旋转黑洞的测地线轨迹很可能没有第四个常数的运动。特别是，我们表明轨道相空间的庞加莱截面呈现混沌特征，这将影响这些理论中的小紧凑对象到超大质量黑洞的螺旋。然而，这些混沌特征的特征尺寸很小，它们在参数空间中的位置非常接近超大质量黑洞的事件视界。因此，使用LISA检测这种混沌特征可能非常具有挑战性。
2022-07-28 gr-qc
Slowly decaying ringdown of a rapidly spinning black hole II: Inferring the masses and spins of supermassive black holes with LISA
本研究预估LISA探测极端质量比并合时，快速自旋超大质量黑洞的质量与自旋测量误差，表明高角向模式激发可提高精度，近极端情形下误差分别约1%和0.1%。
2024-03-19 astro-ph.HE gr-qc
Possible Strong Gravitational Wave Sources for the LISA Antenna
最近Fuller和Shi提出超大质量天体（$M \gtrsim 10^4M_\odot$）的引力坍缩可能是$γ$射线暴（GRB）的宇宙学来源。他们的模型的主要优点是超大质量天体坍缩比太阳质量尺度的紧凑合并更具能量。此外，在他们的提议中，由此形成的超大质量黑洞（SMBH）的种子可能会导致在许多星系中心观察到的SMBH。我们认为，在SMBH的形成过程中，除了GRB的产生外，还可能产生强的引力波。因此，这种GW爆发的速率可能与Fuller和Shi模型中的GRB速率一样高。在这种情况下，GRB和GWs突发的检测应该以小的时间差发生。我们还认为，由这里研究的SMBH产生的GWs可以检测到的激光干涉空间天线（LISA）成为操作时。
2001-01-02 astro-ph gr-qc
Eccentric Massive Black Hole Binaries in LISA I : The Detection Capabilities of Circular Templates
用LISA寻找大质量和超大质量黑洞双星引力波信号的一个主要假设是，这些系统在进入LISA带宽之前将已经循环。目前的天体物理学模拟表明，系统在LISA波段可能有一个不可忽略的偏心率，在脉冲星计时制度中有一个重要的偏心率水平。在这项工作中，我们使用了一套源目录从天体物理学动机的大规模黑洞二进制形成的模型，并假设一年的LISA任务寿命。根据所讨论的模型，在螺旋的最后一年，高质量种子的初始离心率可以高达0.6，低质量种子的初始离心率可以高达0.8。我们发现，限制后牛顿的圆形模板是非常低效的偏心二进制文件的恢复，中值最佳的信噪比回收率约为10%的所有模型考虑。这与极大的误差，从个别马尔可夫链蒙特卡罗参数恢复的证明相当清楚，即使是搜索的初始偏心低至$10^{-4}$的二进制文件，我们将需要偏心模板LISA数据分析。
2010-05-28 gr-qc
Forecasted Detection Limits on the (Dark) Matter Density in Supermassive Black Hole Binaries for LISA
本文研究了暗物质尖峰对LISA观测超大质量黑洞双星引力波信号的影响，并预测了其密度限制。
2025-12-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Extreme Mass Ratio Binary: Radiation reaction and gravitational waveform
为了用LISA成功地探测到引力波，必须以可靠的方式构造理论波形。我们讨论了一个极端质量比双星系统的引力波，该系统有望成为LISA计划的一个有前途的目标。极端质量比双星是由一个超大质量黑洞和一个恒星质量致密天体组成的双星系统。由于超大质量黑洞控制着系统的引力场，我们假设系统可以用Kerr黑洞的度规微扰来近似.我们讨论了最近的理论进展，计算波形从这样的系统。
2005-06-01 gr-qc
The search for spinning black hole binaries in mock LISA data using a genetic algorithm
合并的大质量黑洞双星是LISA波段最强的，也可能是最重要的引力波源。自旋和轨道进动带来了波形的复杂性，并使似然曲面的结构比非自旋情况更丰富。我们引入了一种扩展的多模态遗传算法，它利用信号和检测器响应函数的属性来分析来自第三轮模拟LISA数据挑战（MLDC 3.2）的数据。该方法的性能与现有算法相当，如果不是更好的话。我们已经找到了MLDC 3.2中存在的所有五个源，并以合理的精度恢复了合并时间，啁啾质量，质量比和天空位置。对于黑洞的轨道角动量和两个自旋，我们在参数空间中发现了大量具有相似极大似然值的分离模式。
2010-01-29 gr-qc
An Overview of LISA Data Analysis Algorithms
在LISA数据流中寻找引力波源的算法是目前非常活跃的研究领域。很明显，困难不仅在于寻找单个源，而且在星系双星的情况下，评估解析源的保真度本身也是一个重大挑战。本文综述了星系双星、非自旋超大质量黑洞双星和极端质量比螺旋源的算法发展现状。在涵盖绝大多数算法的同时，我们将重点介绍那些在速度和准确性方面代表最先进水平的算法。
2009-10-02 gr-qc
The Effect of Higher Harmonic Corrections on the Detection of massive black hole binaries with LISA
大质量黑洞双星是空间引力波干涉仪LISA的主要目标。一些研究已经调查了如何LISA观测可以用来约束这些系统的参数。直到最近，这些研究中的大多数都忽略了波形的高次谐波校正。在这里，我们更详细地分析了高次谐波的影响，通过执行广泛的蒙特卡罗模拟。我们特别注意高次谐波如何碰撞参量的相关性，并表明，额外的谐波有助于减轻有两个激光链路失败的影响，通过允许瞬时测量的引力波偏振与一个单一的干涉仪通道。通过观察参数相关性，我们能够解释为什么某些质量比在某些参数估计中提供了显着的改进，并说明改进的偏振测量如何改善单干涉仪操作的前景。
2008-04-02 gr-qc
Searching for Massive Black Hole Binaries in the first Mock LISA Data Challenge
模拟LISA数据挑战赛是一项旨在解决LISA数据分析问题的全球性努力。我们在这里提出我们的结果，大规模黑洞二进制（BBH）部分的第一轮。我们的结果涵盖了挑战1.2.1，其中看到了二进制的合并，以及挑战1.2.2，其中合并发生在模拟观测期之后。数据流由高斯仪器噪声加上未知的BBH波形组成。我们的搜索算法是基于马尔可夫链蒙特卡罗方法，使用大都会黑斯廷斯采样和恒温频率退火的变体。我们提出了训练数据集和盲数据集的结果。我们证明了我们的算法能够快速定位源，准确地恢复源参数，并提供恢复参数的误差估计。
2007-01-30 gr-qc
Detecting extreme mass ratio inspiral events in LISA data using the Hierarchical Algorithm for Clusters and Ridges (HACR)
激光干涉仪空间天线（LISA）最令人兴奋的前景之一是探测从恒星质量致密物体的吸入物进入超大质量黑洞的引力波。这些源的检测是一个极具挑战性的计算问题，由于大的参数空间和低幅度的信号。然而，最近的工作表明，最近的极端质量比螺旋（EMRI）事件将足够响亮，可以使用计算成本低，无模板的技术，如时间-频率分析来检测它们。在本文中，我们研究了一个特定的时间-频率算法，聚类和脊的分层算法（HACR）。该算法在功率图中搜索聚类，并使用这些聚类的属性来识别数据中的信号。我们发现，HACR应用到原始频谱图表现不佳，但当数据在构建频谱图时，该算法可以检测到典型的EMRI事件的距离高达$\sim2.6$ Gpc。这比之前考虑的简单的剩余功率方法更进一步。我们讨论的HACR算法，包括调整为单个和多个源，并说明其性能检测典型的EMRI事件，和其他可能的LISA源，如白矮星双星和超大质量黑洞合并。我们还讨论了如何HACR集群属性可用于参数提取。
2007-01-04 gr-qc
Supermassive black holes stripping a subgiant star down to its helium core: a new type of multi-messenger source for LISA
本研究揭示低质量次巨星被超大质量黑洞剥离后，可经历长期稳定质量转移，形成LISA可探测的强引力波源，并估计银河系中心存在此类源的概率约1%。
2025-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Black Hole Hunting with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）将能够探测整个可见宇宙中的大规模黑洞合并。这些观测将提供有关黑洞形成和增长的独特信息，以及黑洞在星系演化中的作用。在这里，我们开发了几个关键的积木检测和表征黑洞二进制合并与LISA，包括快速外差似然估计，和有效的随机搜索技术。
2020-05-07 astro-ph.HE gr-qc
Dictionary learning: a novel approach to detecting binary black holes in the presence of Galactic noise with LISA
银河系中数百万颗白矮星双星产生的噪音可能会对天基LISA任务的主要目标之一构成威胁：探测大规模黑洞双星合并。我们提出了一种新的研究合并波形的重建中存在的银河混淆噪声使用字典学习。我们讨论了从总质量从$10^2 M_{\odot}$到$10^4 M_{\odot}$的双星中解开信号的局限性。事实证明，我们的方法对于总质量大于$\sim 3\times 10^3$ $ M_{\odot}$的双星非常成功，在保守的情况下红移高达3，在乐观的情况下红移高达7.5。此外，如果信噪比约为5或更大，则发现合并事件的一贯良好的波形重建。
2022-10-14 gr-qc
Parameter estimation of stellar-mass black hole binaries with LISA
恒星质量的黑洞双星（SBHB），就像那些目前正在检测的地面引力波（GW）天文台LIGO和处女座，也是一个预期的GW源LISA。LISA将在演化的早期螺旋阶段对它们进行观测;其中一些将通过LISA波段进行啁啾，并在一段时间后在$3^{rd}$代地基探测器的波段中重新出现。SBHB可以作为测试广义相对论理论和推断潜在人口的天体物理性质的实验室。在这项研究中，我们评估了LISA推断这些系统参数的能力，这是理解和解释这些双星的观测及其在基础物理学和天体物理学中的应用的关键的第一步。我们模拟LISA观测几个基准源，并进行了全面的贝叶斯分析。我们证明和解释退化的一些系统的参数。我们表明，红移啁啾质量和天空的位置总是很好地确定，与典型的错误低于$10^{-4}$（分数）和$0.4 \ {\rm deg^2}$。到光源的光度距离通常在$40-60\%$内测量，从而导致在$\mathcal{O}(1 \%)$的源帧中测量啁啾质量。当我们观察到系统更接近合并时，合并时间的误差从$\mathcal{O}(1 \ {\rm day})$提高到$\mathcal{O}(30 \ {\rm s})$。我们引入了一个增强的Fisher矩阵分析，它提供了可靠的预测的内在参数相比，完整的贝叶斯分析。最后，我们表明，结合使用的LISA仪器响应的长波长近似与在高频率的退化函数的引入产生可靠的结果，后验分布时，使用自洽，…
2021-01-05 gr-qc
GPU-accelerated massive black hole binary parameter estimation with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）计划于21世纪30年代初发射。该飞行任务的主要目标是大质量黑洞双星，其预期探测率为$\sim20$/年$^{-1}$。我们提出了一个参数估计分析的各种大质量黑洞双星。该分析使用图形处理单元（GPU）实现来执行，该GPU实现包括具有高阶谐波模式和对齐自旋的现象波形;快速频域LISA检测器响应函数;以及GPU原生似然计算。GPU实现的计算性能比类似的CPU实现高500倍，这使我们能够在一个易于处理和有效的时间内分析LISA任务的真实傅立叶箱宽度处的全噪声注入。通过这些快速似然计算，我们研究了通过测试注入中的不同自旋配置将对齐自旋添加到具有高阶模式的分析中的效果，以及采样期间变化和固定自旋的效果。在这些测试中，我们研究了三个不同的二进制不同的质量比，红移，天空的位置，探测器框架总质量范围超过三个数量级。我们讨论了总质量和质量比之间的各种相关性;较大质量双星的独特自旋后验;以及在采样期间固定自旋时对参数的约束，使我们能够与以前的分析进行比较，这些分析不包括对齐的自旋。
2020-07-13 gr-qc
Constraining properties of the black hole population using LISA
LISA应该能探测到数十到数百个系统的引力波，这些系统包含质量在1万到1千万太阳质量范围内的黑洞。在这个质量范围内的黑洞并不受当前电磁观测的约束，因此LISA可以显着增强我们对此类系统天体物理学的理解。在本文中，我们描述了一个框架相结合的LISA观测作出声明的大规模黑洞人口。我们总结的限制，LISA观测的极端质量比吸气可能能够放置在LISA范围内的黑洞的质量函数。我们还描述了如何LISA观测可以用来选择不同的模型之间的分层增长的结构在早期宇宙。我们考虑四种模型，不同的处方的初始质量分布的黑洞种子，并在吸积到黑洞的效率。我们表明，只要3个月的LISA数据，我们就可以清楚地区分这些模型，即使在相对悲观的假设下，探测器的性能和我们的重力波形的知识。
2010-11-29 astro-ph.CO gr-qc
Untangling the merger history of massive black holes with LISA
双黑洞合并释放出引力波，这种引力波将被太空探测器测量到大的红移。这表明LISA可能能够观察到黑洞随着宇宙的演化而生长和演化，绘制出黑洞质量分布作为红移的函数。这个想法的一个直接困难是LISA测量某些红移的质量组合具有良好的精度：如果一个系统有一些质量参数m，那么LISA测量（1 + z）m。这种质量红移的简并使得很难跟踪质量的演化。在许多情况下，LISA还可以精确地测量聚结的光度距离D。由于宇宙学参数（特别是平均密度、宇宙学常数和哈勃常数）现在已经以中等精度已知，我们可以从D得到z，并打破简并。这使得解开质量和红移的纠缠以及研究黑洞的质量和合并历史成为可能。绘制黑洞质量分布图可以打开一扇通往早期结构形成的窗口。
2001-08-30 astro-ph gr-qc
Probing Gravitational Wave Speed and Dispersion with LISA Observations of Supermassive Black Hole Binary Populations
本文通过模拟 LISA 对三类超大质量黑洞双星并合群体的 5 年观测，约束引力子质量及色散系数，并展示若同时探测到电磁对应体可将引力波速度偏差限制到 10^{-13}–10^{-12} 量级。
2025-11-06 astro-ph.GA gr-qc
Impact of LISA's low frequency sensitivity on observations of massive black hole mergers
LISA将能够探测到来自大质量黑洞（MBH）双星的引力波，红移z > 10。如果可以从LISA数据流中提取双星的质量和光度距离，这些信息可以用来揭示MBH双星及其宿主星系在演化宇宙中的合并历史。由于这一参数的提取通常要求LISA在其年度轨道的相当大一部分时间内观测内旋，因此执行这一程序需要在低频f < 10^{-4} Hz下具有足够的灵敏度。使用几个候选的低频灵敏度，我们研究LISA的潜力，在红移z > 1的MBH二进制聚结的特点。
2004-11-22 astro-ph gr-qc
Probing Distant Massive Black Holes with LISA
理想化的模型被用来说明激光干涉仪空间天线（LISA）作为宇宙学上遥远的大规模黑洞（MBH）的基本上未知的人口的探针，并作为一种工具，以前所未有的精度来测量其质量的潜力。这些模型表明，LISA将最有效地探测比明亮类星体和附近星系核中发现的质量更低的MBH人口。这些MBH的质谱可以限制高红移，低质量星系的形成场景。
2003-01-20 astro-ph gr-qc
Black hole quasinormal mode spectroscopy with LISA
本文用蒙特卡罗方法代替全天平均近似，计算了低频引力波的黑洞准正规模源的信噪比。我们考虑一个十一维的参数空间，其中包括源和检测器参数。我们发现，在黑洞质量范围$M\sim 4$ - $7\times 10^6M_{\odot}$的SNR是显着高于SNR的全天平均的情况下，由于源的自旋参数的变化。这种增加的SNR可以转化为激光干涉仪空间天线（LISA）的更高的事件率。我们还研究了SNR的方向依赖性，显示在天空中的LISA的方向将有更大的响应，并确定LISA的盲点。
2009-03-24 astro-ph gr-qc
Strong Gravitational Lensing and Localization of Merging Massive Black Hole Binaries with LISA
我们研究了如何提高合并的大质量黑洞双星的LISA的角分辨率，如果我们观察到多个引力波“图像”，由于强引力透镜。通过第二图像的附加信息降低了拟合参数之间的相关性，这显著地减少了天空上的误差框。这一改进将对双星的主星系的识别非常有帮助。文中还讨论了多探测器的角分辨率。
2003-11-04 astro-ph gr-qc
Resolving Super Massive Black Holes with LISA
我们研究了引力波探测器LISA的角分辨率，并表明数值相对论可以大大提高合并超大质量黑洞（SMBH）双星的位置定位精度。对于总红移质量高于$10^7 M_{\odot}$的系统，LISA将主要看到引力波（GW）信号的合并和衰荡，现在可以使用完整的爱因斯坦方程进行数值计算。使用数值波形，也包括约10 GW周期的inspiral，我们提高了一个数量级的仅inspiral的位置估计。我们发现，LISA本地化的一半，所有这样的系统在$z=1$优于3弧分，最好的20%，在一弧分。这将为识别宿主星系提供极好的前景。
2008-06-10 astro-ph gr-qc
Are stellar-mass black-hole binaries too quiet for LISA?
School of Physics and Astronomy and Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院及引力波天文研究所）
研究发现LISA检测高质黑洞双星需要更高的信噪比阈值，从而显著降低预期事件数量，并强调探测器性能和任务持续时间对事件率的影响。
2019-07-19 astro-ph.HE gr-qc
Accretion, Jets, and Recoil in a Merging Supermassive Black Hole Binary: A Prompt Electromagnetic Postmerger Counterpart for LISA
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
该研究通过三维广义相对论磁流体模拟，发现并合超大质量双黑洞的反冲遗骸能产生持续数小时的瞬态电磁辐射，为LISA探测提供并合后对应体。
2026-09-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
LISA extreme-mass-ratio inspiral events as probes of the black hole mass function
拟议的天基引力波探测器-激光干涉仪空间天线-的引力波来源之一是致密物体进入星系中心的超大质量黑洞的吸气-极端质量比吸气。使用LISA观测，我们将能够以非常高的精度测量每个EMRI系统的参数。然而，LISA观测到的EMRI事件的统计数据在约束天体物理模型方面比对单个系统的极其精确的测量更重要。LISA最敏感的黑洞的质量范围很难用其他技术探测，所以LISA提供了一个几乎独一无二的窗口。在本文中，我们探讨，使用贝叶斯技术，约束LISA EMRI观测可以放置在低红移的黑洞的质量函数。我们描述了一个一般的框架，接近这种类型的推理-使用多个观察相结合，以约束一个参数化的源人口。假设EMRI率与黑洞质量的标度是已知的，取一个由简单幂律dn/d（ln M）= A（M/M *）^b给出的黑洞分布，我们发现LISA可以测量参数到D（ln A）~ 0.08的精度，对于预测~1000个事件的参考模型，D（b）~ 0.03。即使只有10个事件，LISA也应该将斜率限制在约0.3的精度，这是黑洞质量函数的低质量斜率的当前观测不确定性水平。我们还考虑了一个模型，其中A和B的红移演变，但发现，EMRI的观测本身没有太大的权力来探测这样的演变。
2010-04-12 astro-ph.GA gr-qc
Archival searches for stellar-mass binary black holes in LISA
恒星质量的双星黑洞在出现在地面引力波探测器的音频波段之前，将在激光干涉仪空间天线（LISA）的频带内扫描数月至数年。在$500 \,\mathrm{Mpc}$的距离内，每年会发生几十次这样的事件。即使在如此近的距离，这样的源的LISA信噪比对于盲目搜索来说也太小而不能自信地检测它们。然而，下一代地基引力波探测器预计将在LISA时投入使用，将以数千的信噪比观测它们，并非常准确地测量它们的参数。我们表明，地面探测器对这些源的高保真观测有助于档案搜索，每年从LISA数据中挖掘出数十个信号。
2020-11-05 astro-ph.HE gr-qc
Testing models of supermassive black hole seed formation through gravity waves
在等级结构形成的宇宙学范式下，研究了超大质量黑洞形成和组装过程中产生的引力波背景。特别是，我们专注于一个超大质量黑洞形成的情况下，当今人口的超大质量黑洞是建立从高质量的种子黑洞，我们计算伴随的引力辐射的种子黑洞合并产生的光谱。我们发现，这种情况下预测一个大的，引力波的背景下，应解决到单独的源与空间干涉仪，如拟议的激光干涉空间天线（LISA）。由大质量黑洞种子导致的信噪比大于5的螺旋、合并和衰荡事件的数量级为10^3。这种预测是鲁棒的，并且对模型的一些细节不敏感。我们的结论是，像LISA这样的干涉仪将能够有效地排除或确认一类模型，其中超大质量黑洞从高质量种子黑洞生长，并可能能够对合并作为超大质量黑洞生长通道的作用施加强有力的限制。超大质量黑洞的种子可能形成于高红移的最早期原星系结构中，而超大质量黑洞的质量与其所在的球状体的势能有很强的相关性，因此这些结果意味着空间干涉仪可以作为研究高红移下星系形成和原星系形成物理的强有力的探测器。
2005-11-02 astro-ph gr-qc
Constraining the Black Hole Mass Spectrum with LISA Observations II: Direct comparison of detailed models
对于在大多数星系中心发现的超大质量黑洞（SMBH）的起源，已经提出了许多方案。许多这样的假设都预言了大量的大质量黑洞（MBH）的高红移人口，质量在太阳的100到100000倍之间。当激光干涉仪空间天线（LISA）最终投入使用时，它很可能会探测到大约100个这样的MBH双星。所提出的种群模型之间的差异在LISA可检测到的种群部分中产生了明显的影响，因此LISA观测很可能允许我们对它们进行约束。然而，由于引力波信号强度较弱，像LISA这样的引力波探测器将无法探测到所有这样的合并，也无法为合并分配精确的黑洞参数。本文探讨了LISA的能力，区分几个MBH人口模型。通过这种方式，我们超越了预测LISA观察到的人口，并考虑LISA观测在多大程度上可以告知天体物理建模。LISA参数估计中的误差应用于直接方法，该方法为人口实现中的每个源生成随机样本参数。我们考虑的可验证性如何变化取决于源参数的选择（1或2个参数，从质量，红移或自旋选择）用于验证模型分布，与1和2维测试的基础上的Kolmogorov-Smirnov测试确定的置信水平。
2010-09-03 astro-ph.CO gr-qc
Parameter Estimation of Stellar Mass Binary Black Holes under the Network of TianQin and LISA
该研究以GW150914和GW190521为基准源，采用贝叶斯方法评估TianQin、LISA及TianQin+LISA对恒星级双黑洞的参数估计能力，并揭示联合观测增益与自旋效应的重要性。
2023-12-07 astro-ph.HE gr-qc
Is there potential complementarity between LISA and pulsar timing?
我们开始讨论激光干涉仪空间天线（LISA）观测超大质量黑洞（SMBH）合并（质量范围为~10^6-10^8 Msun）如何与基于脉冲星定时的引力波搜索互补。我们认为玩具模型确定脉冲星的距离，利用事实，LISA SMBH inspiral观测可以把严格的参数约束存在于脉冲星定时观测的信号。我们还建议，作为未来的研究方向，使用来自最大质量（>~几个10^7 Msun）黑洞合并的LISA衰荡观测，对于这些黑洞合并来说，螺旋阶段将位于LISA带之外，作为在脉冲星计时数据中搜索合并螺旋阶段的触发器和约束。
2008-02-18 astro-ph gr-qc
Probing supermassive black hole seed scenarios with gravitational wave measurements
本文探讨利用LISA、AION和AEDGE等探测器对中等质量黑洞双星引力波测量，以区分不同超大质量黑洞种子形成机制，并评估各探测器的探测能力与参数测量精度。
2024-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Extreme Mass Ratio Inspirals: LISA's unique probe of black hole gravity
在这篇评论文章中，我试图总结过去和现在正在进行的工作的问题上的一个小机构的inspiral在一个更大质量的克尔黑洞的引力场。这种极端的质量比系统，预计将出现在星系核，将构成未来的LISA引力辐射探测器的引力辐射的主要来源。本文的主要目的是根据传统的“通量平衡”方法和Teukolsky黑洞微扰形式主义，概述克尔时空中的基本天体力学，计算引力波形和小天体轨道运动的反作用。
2005-09-07 astro-ph gr-qc
Characterizing Spinning Black Hole Binaries in Eccentric Orbits with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）的设计目的是探测来自天体物理源的引力波信号，包括来自致密物体（如黑洞）合并双星系统的信号。碰撞星系的中心黑洞下沉到合并星系的中心，并开始相互环绕并发射引力波。一些星系演化模型预测，双黑洞系统将进入具有显著轨道偏心率的LISA带，而其他模型则认为轨道已经圆化。使用一个完整的十七参数波形模型，包括轨道偏心率，自旋进动和高次谐波的影响，我们调查如何以及源参数可以推断出模拟LISA数据。将参考偏心率定义为合并前一年的值，我们发现，对于典型的LISA源，将有可能测量偏心率到千分之一的精度。测量偏心率的精度与偏心率的关系很小，因此可以区分圆形轨道和偏心率很小的轨道。LISA对轨道偏心率的测量可以帮助约束早期宇宙中星系合并的理论。如果在波形建模中不考虑偏心率，可能会导致信号功率的损失，并使黑洞质量和自旋等参数的估计产生偏差。
2011-02-12 astro-ph.CO gr-qc
Post-Newtonian phase accuracy requirements for stellar black hole binaries with LISA
激光干涉仪空间天线（LISA）将在恒星起源的黑洞双星的引力波螺旋期间，在合并之前的几个月到几年内进行观测。由于信号在LISA频带中的持续时间较长，因此需要忠实的波形以跟踪二进制相位。这对于从数据中提取信号并对源参数进行无偏估计至关重要。我们考虑后牛顿（PN）波形，并分析PN阶需要保持PN近似引起的偏差相对于统计参数估计误差可以忽略不计，作为源参数的函数。通过考虑现实的人口模型，我们得出结论，恒星黑洞双星的$\sim 90\%$可检测的LISA，波形在低后牛顿（PN）顺序（PN $\le 2$）是足够准确的源参数的无偏恢复。我们的研究结果提供了第一个估计的波形精度和信息恢复这类LISA源之间的权衡。
2018-11-05 astro-ph.HE gr-qc
LISA observations of massive black hole mergers: event rates and issues in waveform modelling
超大质量和中等质量黑洞引力波的可观测性由即将到来的激光干涉仪空间天线（LISA），我们可以从观测中学习的物理，将取决于两个基本因素：大质量黑洞合并发生在LISA最佳灵敏度窗口的事件率，和我们的理论知识的引力波形。我们首先提供了一个简洁的回顾文献的大规模黑洞合并的LISA事件率，预测不同的形成方案。然后，我们讨论什么（在我们看来）是最紧迫的问题，以解决在波形建模。对于大质量黑洞双星的内旋，这些结果包括自旋进动、偏心率、高阶后牛顿项对振幅和相位的影响，以及从内旋到坍缩的精确预测。对于黑洞衰荡，最终需要数值相对论来确定相对准正规模激发，并在匹配滤波中降低模板空间的维数。
2006-05-01 astro-ph gr-qc
Observing Eccentricity Oscillations of Binary Black Holes in LISA
来自双星系统附近的第三个天体的潮汐力可以在双星的偏心率中引入长期振荡，称为Kozai-Lidov振荡。我们证明了恒星质量黑洞双星的Kozai-Lidov振荡具有被LISA观测到的潜力。对这类双星的探测将有助于深入了解双星的形成通道，并为直接观测Kozai-Lidov振荡提供重要的基准。
2019-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Detecting extreme mass ratio inspirals with LISA using time-frequency methods
恒星质量致密天体对超大质量黑洞的吸入是LISA最重要的来源之一。基于完全相干匹配滤波的检测技术已被证明是计算上难以处理的。我们描述了一种有效的和强大的检测方法，利用这样的系统的时间-频率演化。我们表明，一个典型的极端质量比inspiral（EMRI）源可能被检测到的距离高达~2 Gpc，这将意味着~ 10 s的EMRI源可以检测到每年使用这种技术。我们讨论了使用这种方法作为第一步，在分层搜索的可行性。
2005-02-24 astro-ph gr-qc
The LISA-Taiji network: precision localization of massive black hole binaries
一个天基引力波探测器LISA由三个航天器组成，它们在地球后面的日心轨道上相距250万公里。像LISA一样，太极是由三个航天器组成的三角形，间隔距离为300万公里，位于地球前方的日心轨道上。预计将于2030-2035年发射。假设一年的重叠，我们建议在空间中的LISA-Taiji网络快速，准确地定位引力波源。我们利用Fisher信息矩阵方法分析了合并的大质量黑洞双星的天空定域。对于红移为1、总内禀质量为$10^5 M_{\odot}$的等质量黑洞双星，LISA-Taiji网络的事件定位区域比单个探测器的事件定位区域提高了4个数量级.从引力波信号中精确测量天空位置，可以在最终的黑洞合并之前完全识别出具有低红移的宿主星系。这样的宿主星系的识别有助于大质量黑洞双星合并成单个大质量黑洞时吸积盘电磁辐射的后续变化，并使合并的大质量黑洞双星能够作为标准警报器使用。
2019-10-14 astro-ph.CO gr-qc
