GW emission and relativistic dynamical friction in intermediate mass ratio inspirals
本文通过模拟暗物质尖峰内的中等质量比旋近，纳入后牛顿修正和相对论动力学摩擦，发现相对论效应使旋近时间减半，而忽略暗物质动力学摩擦会显著延长旋近时间。
2025-08-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Intermediate mass ratio inspirals in dark matter halos
本文研究恒星质量黑洞绕缓慢旋转中等质量 Kerr 黑洞的偏心旋近，分析中心黑洞慢旋转与暗物质晕导致的动力学摩擦对引力波发射的联合影响。
2025-05-12 astro-ph.HE gr-qc
Constructing EOB dynamics with numerical energy flux for intermediate-mass-ratio inspirals
基于有效单体动力学和Teukolsky微扰理论，建立了一个计算中等质量比螺旋星系（IMRI）动力学演化和引力辐射的新方案.在EOB框架下，动力学对致密双星系统引力波形有着重要的影响。这种动力包括两个部分。一部分是有效的单体还原产生的保守部分。另一部分是引力反作用，它对致密双星系统内旋的收缩过程有贡献。以前的工作使用解析波形来构造这个反作用项。由于解析形式是基于后牛顿展开的，因此该项的一致性总是通过数值能流来检查。在这里，我们直接使用数值能流通过求解Teukolsky方程通过频域方法来构建这个反作用项。变形克尔度规和EOB哈密顿量中包含了对质量比首阶项的守恒修正。我们尝试用这种方法来模拟准圆绝热旋进和非绝热的倾伏相。对于几个不同的自旋黑洞，我们演示和比较所得到的动力学演化和引力波形。
2011-08-04 gr-qc
Spin distribution following minor mergers and the effect of spin on the detection range for low-mass-ratio inspirals
我们计算的概率分布的自旋的黑洞以下一系列轻微的合并各向同性分布，非自旋，吸气紧凑的对象。通过求解控制这一随机过程的福克-普朗克方程，我们获得了精确的解析拟合的平均值和标准偏差的自旋分布在几个参数制度的演变。当福克-普朗克分析不适用时，我们用数值蒙特卡罗模拟来补充这些解析拟合。我们发现，一个约150太阳质量的中等质量黑洞，通过与中子星的微小合并获得了一半的质量，将具有无量纲自旋参数chi=a/M~0.2 \pm 0.08。我们估计了中心黑洞的自旋对先进LIGO的中等质量比inspiral（IMRI）探测和LISA的极端质量比inspiral（EMRI）探测范围的影响。我们发现，对于现实的黑洞自旋，倾斜平均的先进LIGO IMRI检测范围可能会增加高达10%的范围相对于非旋转的中等质量黑洞的IMRI。对于LISA，我们发现EMRI对10^5太阳质量大质量黑洞（MBH）的探测范围不受MBH自旋的显著影响，EMRI对10^6太阳质量大质量黑洞的探测范围受到约10%的影响，EMRI对最大旋转10^7太阳质量大质量黑洞的探测距离比EMRI对非旋转黑洞的探测距离大约25倍。当从EMRI统计中提取MBH自旋分布时，有利于将EMRI检测到快速自旋MBH的所得偏差将发挥作用。
2007-07-05 astro-ph gr-qc
Circularization vs. Eccentrification in Intermediate Mass Ratio Inspirals inside Dark Matter Spikes
中等质量黑洞（IMBH）和太阳质量类型物体的吸气将通过基于空间的引力波探测器（如激光干涉仪空间天线（LISA））进行观测。IMBH周围的暗物质密度过高--一种暗物质尖峰--会影响系统的轨道演化。我们认为在这里这样的中间质量比吸气偏心轨道，经历动态摩擦的暗物质穗。我们发现，通过包括相空间分布的暗物质，动力学摩擦往往圆形的轨道，在以前的调查相反。对于任意给定的耗散力，我们导出了圆化或偏心化的一般条件。除了退相，我们建议使用循环率作为另一个探测暗物质尖峰。观察这些效应将是暗物质粒子性质的一个指标。
2022-04-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Self-forced evolutions of an implicit rotating source: A natural framework to model comparable and intermediate mass-ratio systems from inspiral through ringdown
本文建立了一个描述具有可比和中间质量比的双星系统的螺旋、合并和衰荡的波形模型。该模型结合了对能量和角动量的一阶守恒自作用力修正，这在强场区是有效的[1]。我们的模型辐射的一部分，通过推导二阶辐射修正的能量通量的自作用力。这些修正是通过最小化我们的自作用力模型和有效单体模型[2，3]之间的相位差异来获得的。我们表明，我们的模型比后牛顿近似目前用来模拟中子星-黑洞合并从早期螺旋最里面的稳定圆形轨道的表现要好得多。为了将后期的螺旋演化与坍落状态相匹配，我们通过包括有限质量比校正和使用隐式旋转源[5]模拟轨道相位演化来扩展Ori和Thorne [4]开发的“过渡阶段”。我们明确地表明，隐式旋转源的方法提供了一个自然的过渡，从晚时间辐射的振铃，相当于振铃波形建模的基础上的总和准正规模式。
2014-07-10 gr-qc
Comparing Accretion Disks and Dark Matter Spikes in Intermediate Mass Ratio Inspirals
本文首次在中等质量比旋近系统中同时建模吸积盘与暗物质尖峰，通过偏心率演化、制动指数和失相指数区分二者对引力波信号的影响。
2023-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The eccentricity enhancement effect of intermediate-mass-ratio-inspirals: dark matter and black hole mass
研究发现，中等质量比螺旋星系（IMRI）中的暗物质（DM）对恒星质量致密天体（如黑洞（BH））的轨道偏心率有显著的增强作用，这一点可以在未来的观测中通过LISA、太极和天琴等天基引力波探测器（\citep{2019PhRvD.100d3013Y}）进行检验。在本文中，我们将研究在不同的DM密度分布和中心BH质量的IMRI的偏心率的增强效果。我们的结果如下：$(1)$在一般DM尖峰分布情况下，偏心率的增强与幂律分布基本一致，表明采用幂律分布是合理的; $(2)$在DM尖峰存在的情况下，中心BH的不同质量会影响偏心率，这为我们探测BH的质量提供了一种新的途径; $(3)$考虑了DM峰出现和不出现时偏心率的变化，我们发现在$10^{5} GM/c^{2}$左右的尺度上测量偏心率可以区分DM模型。
2020-05-25 gr-qc
Intermediate-mass-ratio-inspirals in the Einstein Telescope: I. Signal-to-noise ratio calculations
爱因斯坦望远镜（Einstein Telescope，ET）是第三代地基干涉仪，其目标是灵敏度比先进LIGO高出十倍，频率范围延伸到约1Hz。ET将提供在强场中检验爱因斯坦相对论的机会，并将实现精确的引力波天文学，其预期事件数量将比先进的地面探测器增加一千倍。ET的设计研究目前正在进行中，因此现在是评估可以用这种仪器完成的科学的时候了。本文是第一个系列，将进行详细的研究中质量比吸入（IMRI）的ET。在ET的背景下，IMRI是中子星或恒星质量的黑洞进入中等质量黑洞（IMBH）的螺旋。在本文中，我们专注于圆形和赤道吸气IMRI波形模型的发展。我们考虑两个近似的波形，这两个都纳入了螺旋，合并和振铃阶段在一个一致的方式。一种近似，适用于任意自旋的IMBH，使用Ori和Thorne [1]的跃迁模型来描述合并，然后将其平滑地匹配到振铃波形上。第二种近似使用有效单体（EOB）方法来模拟波形的合并阶段，并且对非旋转IMBH有效。在本文中，我们使用这两种波形模型来计算信噪比（SNR）的IMRI源检测ET。在z=1的红移下，我们发现质量为1.4+100太阳质量、10+100太阳质量、1.4+500太阳质量和10+500太阳质量的IMRI系统的典型信噪比分别约为10-25、40-80、3-15和10-60。我们还发现，这两个模型对非旋转吸气的预测一致性约为10%。
2011-02-11 gr-qc
Importance of including small body spin effects in the modelling of extreme and intermediate mass-ratio inspirals
我们探索未来的低频引力波探测器的能力，以测量恒星质量和中等质量的黑洞，螺旋到超大质量克尔黑洞（SMBH）的自旋。我们开发了一个组装的波形模型的基础上的运动方程由Saijo等人。[物理评论D 58，064005，1998]自旋BH二进制，增加了自旋轨道和自旋自旋耦合从微扰和后牛顿（PN）计算，以及相关的保守的自作用力修正，通过比较PN的结果。我们使用精确的通量，其中包括微扰校正的自旋的inspiralling机构，自旋自旋耦合和高阶适合Teukolsky方程的解决方案的inspiral阶段。我们提出的蒙特卡罗模拟的参数估计误差和模型误差时，我们忽略了保守的波形模板的校正结果。对于信噪比为1000的5000+10^6太阳质量的源，LISA将能够确定两个质量，误差在~0.001的分数范围内，测量SMBH的自旋幅度q和螺旋BH的自旋幅度分别为0.0001，10%，并确定源在天空中的位置和SMBH自旋方向，误差在0.0001球面度以内。对于信噪比为30的10+10^6太阳质量系统，LISA将无法确定螺旋BH的自旋幅度，尽管其他波形参数的测量不会因自旋的存在而显着降低。忽略保守修正引起的模型误差对于质量比高于0.0001变得显著，但是包括高达2 PN阶的这些修正可能足以将这些系统误差减小到可接受的水平。
2011-09-21 gr-qc
Self-force gravitational waveforms for extreme and intermediate mass ratio inspirals. III: Spin-orbit coupling revisited
将一阶、二阶耗散自力和一阶保守自力与自旋轨道耦合作用一起应用于史瓦西黑洞时空中测试质量的准圆运动，得到了极端或中等质量比的结果.由于自作用力的引力波形的部分移相（在该顺序是独立的系统的质量比）进行了比较与自旋轨道耦合。我们发现，准确的波形参数估计需要包括这两个影响。具体地说，我们找到一个特定的值的自旋参数，使自旋轨道效应抵消了自作用力的影响的波形。因此，排除与质量比无关的失相效应可能导致系统参数估计中的非微扰误差。
2015-04-30 gr-qc
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
Intermediate mass-ratio inspirals in a dense dark-matter environment: Effects of the initial dark-matter distribution
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究了中间质量比 inspiral 在密集暗物质环境中的相位延迟效应，通过建模吸积和先前并合事件对初始暗物质分布的影响，探讨了其对引力波信号的潜在影响。
2026-02-07 astro-ph.HE gr-qc
Constraint on Brans-Dicke theory from intermediate/extreme mass ratio inspirals
中间/极端质量比螺旋系统（I/EMRI）为强场引力性质的检验提供了一个很好的工具。基于密切轨道方法，计算了Einstein广义相对论和Brans-Dicke理论中I/EMRI在准椭圆轨道上的轨道演化. Brans-Dicke理论中的额外单极和偶极通道加速了轨道衰减，因此考虑单极和偶极发射对波形的影响是重要的。借助精确的轨道运动，我们生成的波形模板，其中包括单极和偶极的贡献，在偏心轨道上的Brans-Dicke理论的I/EMRI。利用LISA对I/EMRIs发射的引力波进行了两年的观测，得到了对Brans-Dicke耦合参数$ω_0>10^6$的最严格约束。
2022-12-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Intermediate Mass-Ratio Inspirals with Dark Matter Minispikes
分布在中等质量黑洞周围的暗物质形成了一个高密度区域，称为暗物质微峰。我们考虑了一个带有DM小尖峰的IMBH和一个围绕IMBH作偏心轨道旋转的小黑洞组成的双星系统。影响轨道演化的因素包括系统的引力、DM小尖峰引起的小黑洞的动力学摩擦和吸积以及引力波的辐射反应。利用密切轨道方法，我们发现当半直粒子p<<10^5 Rs（Rs为IMBH的Schwarzschild半径）时，主要的影响因素是DM微尖峰的动力学摩擦和吸积以及辐射反应.当p>>10^5 Rs时，来自DM小尖峰的引力主导轨道演化。DM小尖峰的存在导致了GW波形偏离开普勒轨道，产生额外的轨道进动，从而产生额外的相移。通过计算信噪比的GW和没有DM的小尖峰和它们之间的失配，我们表明，GW波形中的DM小尖峰的效果可以潜在地检测到未来的空间为基础的GW探测器，如LISA，太极，和天琴。
2022-08-21 gr-qc
Performing a theoretically robust Ryan test using intermediate-mass black holes
我们调查的可能性，使用二进制IMBH的inspirals执行瑞安测试的广义相对论在理论上强大的方式使用的数据从早期的可检测部分的inspiral。我们发现这是可行的，并计算出最有利系统的质量。
2006-04-27 gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: self-consistent evolution in a scalar-charge model
本研究针对中等质量比双黑洞模拟的尺度差异问题，在标量电荷模型中实现了世界管切除方法的自洽轨道辐射演化，验证了其与微扰结果的一致性并能解析后绝热效应。
2024-03-13 gr-qc
Binary black hole detection rates in inspiral gravitational wave searches
从限制后牛顿波形计算的准圆形二元黑洞吸气的信噪比（SNR）与更完整的后牛顿信号，这是振幅校正的轨道相位谐波的叠加所获得的比较。它示出，如果一个是使用最好的可用的振幅校正的波形检测模板，人们应该期望在实际搜索中的SNR显着低于那些建议的模拟纯粹基于限制波形。
2006-05-24 astro-ph gr-qc
Self-force gravitational waveforms for extreme and intermediate mass ratio inspirals. II: Importance of the second-order dissipative effect
研究了沿准圆Schwarzschild轨道运动的极端或中等质量比系统的二阶耗散自力对引力波退相的重要性。对于一阶自作用力，我们使用洛伦兹规范中的完全相对论性力来描述永恒圆测地线。二阶自作用力由其3.5后牛顿对应物建模。我们使用密切轨道方法来演化系统，并获得引力波形，其相位包括所有项-在我们的近似范围内（并使用沿圆形测地线的自作用力）-与系统的质量比无关。由于二阶耗散自力引起的部分失相远小于一阶保守自力引起的部分失相，尽管它们在质量比上处于相同的数量级。
2013-06-19 gr-qc
$N-$body dynamics of Intermediate mass-ratio inspirals in globular clusters
恒星致密残骸进入中等质量黑洞（IMBH）的中等质量比螺旋可以产生引力波（GW）信号，该信号可能被当前的地面GW探测器（例如，先进的LIGO）以及计划中的天基干涉仪（例如，eLISA）。在这里，我们提出了直接整合的后牛顿$N$ -体运动方程描述星团包含一个IMBH和人口的恒星质量黑洞（BH）和太阳质量的恒星。我们特别注意模拟最接近IMBH的动力学，包括后牛顿效应达到$2.5$阶。我们的模拟结果表明，IMBH很容易形成一个与BH同伴的二进制文件。这颗双星在短暂的三体或四体碰撞中逐渐变硬，导致BH伴星的频繁替换，而由于Lidov-Kozai共振，双星的偏心率经历了大幅度的振荡。我们还证明了抑制这些共振的相对论进动的二元轨道。在我们为$\sim 100$ Myr演化的12个星系团模型中，我们发现了一个中等质量比的螺旋形。这个星团拥有一个$100 M_\odot$ IMBH，它嵌入在32颗$10M_\odot$ BH和32，000颗$1M_\odot$恒星中。在模拟的最后，经过$\sim 100$ Myr的进化，IMBH与BH伴星合并。IMBH-BH双星在达到偏心率$1-e\simeq 10^{-3}$时，在eLISA频率窗口（$\gtrsim 1\rm mHz$）中开始螺旋上升。经过$\simeq 10^5$年后，双星进入LIGO频段，偏心率可以忽略不计。我们评论GW搜索的影响，在未来十年…
2016-06-22 astro-ph.HE gr-qc
Verifying the no-hair property of massive compact objects with intermediate-mass-ratio inspirals in advanced gravitational-wave detectors
探测到从中子星或恒星质量黑洞的螺旋进入中等质量黑洞（IMBH）的引力波，将为强场引力物理学提供一个全新的视角。来自这些中等质量比螺旋（IMRI）的引力波，质量比从~10：1到~100：1的系统，可以被高级LIGO/Virgo以每年几十次的速度检测到，并将编码中心体时空的签名。直接观测时空将使我们能够使用广义相对论的“无毛”定理来确定IMBH是否是克尔黑洞（或一些更奇特的物体，例如玻色子星）。使用修改后的后牛顿（PN）波形，我们探讨了在先进的探测器时代约束中心体的质量四极矩的前景。我们使用Fisher信息矩阵来估计中心体的参数可以被测量的精度。我们发现，对于有利的质量和自旋组合，非克尔中心体的四极矩可以测量到一个~15%的分数误差或更好的使用3.5 pN阶波形;另一方面，我们发现的准确度下降到~100%的分数误差使用2 pN波形，除了一个窄带的最佳拟合的非克尔四极矩的值。
2012-02-28 astro-ph.HE gr-qc
Dark matter: an efficient catalyst for intermediate-mass-ratio-inspiral events
如果一个致密的恒星，如黑洞（BH）或中子星，螺旋进入一个$(10^3 \sim 10^5)\,M_\odot$的中等质量黑洞（IMBH），就可以产生引力波（GW）。这样的系统可能在球状星团（GC）或核星团（NSC）的中心产生，被称为中间或极端质量比螺旋（IMRI或EMRI）。最近的建议，暗物质minispikes可能会形成周围IMBH的动机，我们研究了对DM的合并率的IMRI/EMRI的动力学摩擦的效果。我们发现IMBH与BH和NS的合并时间尺度将缩短两到三个数量级。因此，IMRI/EMRI的事件率相对于没有DM小尖峰的情况下提高了几个数量级。在最极端的情况下，IMBH很小，并且DM迷你峰具有陡峭的密度分布，GC和NSC中的所有BH可能会耗尽，因此与NS的合并将主导当前的IMRI/EMRI。我们的研究结果表明，低于$10^4 \,M_\odot$的IMBH的质量函数将带有DM迷你峰分布的印记，因为这些低质量的IMBH可以通过与BH和NS合并而在DM迷你峰的存在下有效地生长。未来的天基GW探测器，如LISA，太极和天琴，可以测量IMRI/EMRI率，从而限制DM在IMBH周围的分布。
2019-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from intermediate-mass-ratio inspirals for ground-based detectors
我们探讨了先进的LIGO探测引力波从中子星和恒星质量黑洞螺旋到中等质量（$M\sim 50 M_\odot$到$350 M_\odot$）黑洞的前景。我们估计这种\emph{intermediate-mass-ratio inspirals}（IMRI）的事件发生率高达$\sim 10$ - $30 \mathrm{yr}^{-1}$。我们的数值模拟表明，如果中心体不是一个黑洞，但它的度规是固定的，轴对称的，反射对称和渐近平坦的，那么波将可能是三周期的，作为一个黑洞。我们对Ryan（1995）的一个定理进行了推广，该定理认为波的三个基频及其频谱分量的复振幅的演化（原则上）编码了中心体度规的完整图、中心体与轨道之间能量和角动量交换的完整细节以及随时间演化的轨道要素。我们估计，先进的LIGO可以测量或约束中心体从克尔黑洞的偏差适度，但有趣的准确性。
2008-03-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing vector gravitational atoms with eccentric intermediate mass-ratio inspirals
本文用牛顿阶微扰模型研究矢量引力原子周围偏心中等质量比旋近的云团引力与电离效应，指出其可通过未来 LISA、Taiji 的低频引力波观测探测。
2025-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Extreme- and Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Dynamical Chern-Simons Modified Gravity
Chern-Simons（CS）修正引力是一个四维有效理论，它起源于弦论和圈量子引力，通过加入标量场和宇称破坏的庞特里亚金密度的乘积来修正爱因斯坦-希尔伯特作用量。在这个理论中，自旋黑洞的引力场由修正的克尔几何描述，它的多极矩只在第四个多极子l = 4处偏离克尔矩。我们调查可能的签名，这一理论在引力波发射产生的恒星紧凑的对象到大质量的黑洞，无论是中间和极端的质量比的螺旋。我们使用半相对论近似，其中的轨迹是测地线的大规模黑洞的几何形状和重力波形从多极分解的辐射场。主要的CS修正波形产生的修改测地线的轨迹，由于大规模的黑洞的几何形状的变化，并表现为一个积累的退相相对于广义相对论的情况下。我们还讨论了该理论中引力波的传播和应力能量张量。我们发现，虽然这个张量具有相同的形式在广义相对论，能量和角动量平衡定律确实是通过CS标量场的应力-能量张量修改。这些平衡定律可以通过轨道参数的绝热变化来描述内旋，这反过来又会增强退相效应。用先进的地面探测器或激光干涉仪对中等或极端质量比的引力波进行观测，可以利用这种失相来测试动力学理论，达到前所未有的水平。
2009-04-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Detecting extreme mass ratio inspirals with LISA using time-frequency methods II: search characterization
恒星质量的致密天体吸入超大质量黑洞构成了LISA的一些最重要的来源。使用完全相干匹配滤波检测这些源在计算上是难以处理的，因此需要替代方法。在以前的论文（文和盖尔2005年，gr-qc/0502100），我们概述了一种检测方法的基础上寻找多余的功率在时间-频率频谱图的LISA数据。该算法的性能进行了评估，使用一个单一的“典型”的试验波形和近似的噪声统计。在本文中，我们提出的搜索噪声统计的蒙特卡罗模拟的结果，并检查其性能在检测更广泛的试验波形。我们表明，典型的极端质量比吸气（EMRI）可以检测到的距离高达1- 3 Gpc，取决于源参数。我们还讨论了一些剩余的问题，该技术和可能的方法，该算法可以改进。
2005-06-23 astro-ph gr-qc
Importance of including small body spin effects in the modelling of intermediate mass-ratio inspirals. II Accurate parameter extraction of strong sources using higher-order spin effects
本文从两个方面改进了文献[1]中提出的数值组合波形模型。我们推广了Saijo等人[2]利用微扰和后牛顿（PN）计算得到的自旋-轨道和自旋-自旋耦合导出的自旋黑洞双星的运动方程。我们还包括一阶保守的自旋轨道和自旋自旋耦合，这是通过比较PN结果得出的自作用力校正。我们产生的inspiral演变通量，其中包括最新的计算小的身体自旋校正，自旋-自旋和自旋-轨道耦合和高阶适合的Teukolsky方程的解决方案。利用[1]中的简化模型，我们发现当两个双星都快速旋转时，可以通过质量比eta ~ 0.001的中等质量比螺旋（IMRI）的引力波观测测量小天体自旋效应。在本文中，我们详细研究了如何使用各种质量和自旋组合的典型IMRIs源的小/大机构的自旋影响参数测量。我们发现，对于一万个太阳质量的中等旋转的中等质量黑洞（IMBH）和一百万个太阳质量的快速旋转的中心超大质量黑洞（SMBH）的IMRI事件，在固定的信噪比（SNR）为1000时，用LISA进行的引力波观测将能够确定IMBH的螺旋质量、中心SMBH的质量、SMBH的自旋星等，IMBH自旋幅度分别在~0.001、0.001、0.0001和9%的分数误差内。LISA还可以确定源在天空中的位置和SMBH的自旋方向，范围在~0.0001球面度内。我们表明，包括保守的校正高达2.5PN顺序，系统误差不再占主导地位的统计误差IMRI与典型的SNR ~10…
2012-03-19 gr-qc
Detection of Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Globular Clusters: Revealing the Brownian Motion with Gravitational Waves
本研究针对球状星团中的中等质量比旋近系统，结合MOCCA模拟与布朗运动相位建模，分析了未来引力波天文台的探测能力，证实可通过引力波辨别布朗运动并研究源环境。
2025-05-21 astro-ph.HE gr-qc
Intermediate-mass-ratio-inspirals in the Einstein Telescope. II. Parameter estimation errors
我们探索的精度与爱因斯坦望远镜（ET）将能够测量的参数的中间质量比的inspirals（IMRI）。我们计算的参数估计误差，使用Fisher矩阵形式主义和目前的蒙特卡罗模拟的结果，这些错误的外部参数的源的选择。这些结果是使用本系列第一篇论文介绍的两种不同的重力波形模型得到的。这两种波形模型以一致的方式包括螺旋、合并和振铃阶段。其中一个模型基于Ori & Thorne [1]的转捩方案，适用于任意自旋的IMBH，而第二个模型基于有效单体（EOB）方法，已被开发用于交叉检查我们在非自旋极限下的结果。在本系列的第一篇论文中，我们证明了这两个模型在非旋转黑洞的相位和振幅上的一致性，并且它们对信噪比（SNR）的预测一致性在10%以内。我们现在使用这些模型来估计质量为1.4+100，10+100，1.4+500和10+500太阳质量（SM）的双星系统的参数估计误差，以及中央中等质量黑洞（IMBH）的自旋的各种选择。假设一个探测器网络的三个π，分析表明，对于一个10 SM的紧凑对象（CO）吸入到一个100 SM的IMBH自旋q=0.3，检测信噪比为30，我们应该能够确定CO和IMBH的质量，和IMBH自旋幅度的分数精度分别为0.001，0.0003，和0.001。我们还期望确定源在天空中的位置和光度距离分别在0.003球面度和10%以内。我们还评估了参数确定的精度如何取决于网络配置。
2011-02-11 astro-ph.CO gr-qc
Effects of the interaction of dark matter and neutron-star matter on extreme and intermediate mass-ratio inspirals
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究暗物质与中子星物质的相互作用对极端和中等质量比旋进引力波的影响，发现其存在独特特征，或可被天基探测器观测区分，为暗物质研究提供新途径。
2026-08-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Massively Parallel Simulations of Binary Black Hole Intermediate-Mass-Ratio Inspirals
我们提出了一个高度可扩展的框架，目标感兴趣的数值相对论和更广泛的天体物理学社区的问题。该框架结合了并行八叉树细化自适应网格与小波自适应多分辨率和物理模块来求解BSSN公式中的广义相对论爱因斯坦方程。这项工作的目标是进行先进的，大规模并行数值模拟的中间质量比的灵感（IMRIs）的质量比为100：1的顺序的二元黑洞。这些研究将用于生成LIGO数据分析中使用的波形，并校准半解析近似方法。我们的框架包括一个分布式内存八叉树为基础的自适应网格框架结合节点本地代码生成器。代码生成器使我们的代码可以跨不同的架构移植。对应于目标应用程序的方程以符号表示法编写，并且可以独立于应用程序添加用于不同架构的生成器。此外，这种符号接口也使我们的代码可扩展，因此已被设计为很容易地适应许多现有的算法在天体物理学等离子体动力学和辐射流体力学。我们的自适应网格化算法和数据结构已被优化为现代体系结构与深内存层次。这使我们的框架能够在现代领导架构上实现出色的性能和可扩展性。我们表现出良好的弱可扩展性高达131K内核的ORNL的泰坦二进制合并质量比高达100。
2019-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Enhanced Extreme Mass Ratio Inspiral Rates into Intermediate Mass Black Holes
本文研究中等质量黑洞周围的 EMRI 形成，提出坠落事件可转变为“悬念式”EMRI 的新渠道，在低质量黑洞区间可能将体积事件率提升一个数量级。
2023-04-25 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The orbital statistics of stellar inspiral and relaxation near a massive black hole: characterizing gravitational wave sources
我们研究的轨道参数分布的恒星分散到近径向轨道，然后螺旋到一个大质量的黑洞（MBH）由于耗散，特别是发射的引力波（GW）。这对于GW检测是重要的，例如通过激光干涉仪空间天线（LISA）。信号识别需要了解波形，而波形取决于轨道参数。我们使用分析和蒙特卡罗方法来分析GW的耗散和散射之间的相互作用，在从最初的散射为主的阶段过渡到最终的耗散为主的阶段的inspiral的质量汇的存在。我们的主要结果是：（1）恒星通常以高偏心率进入GW发射阶段。(2)对于典型的中央恒星尖点，每个星系的GW事件率是每Gyr几个，几乎与弛豫时间或MBH质量无关。(3)对于可能存在于致密星团中的约1000个太阳质量的中等质量黑洞（IBH），其轨道非常偏心，内旋速度很快，因此源的寿命非常短。
2005-08-15 astro-ph gr-qc
Self-forced gravitational waveforms for Extreme and Intermediate mass ratio inspirals
我们提出了第一个轨道积分的自我力的引力波形的I（E）MRI源的影响。考虑史瓦西黑洞时空中粒子的准圆运动，研究了由于忽略自作用力的保守部分而引起的相应引力波形的退相依赖性.计算了波形的累积失相和重叠积分，讨论了自作用力保守段在检测和参数估计中的重要性。对于长的模板，包含保守的一块是至关重要的引力波天文学，但可能会被忽略的检测率的影响不大的短模板。然后讨论了质量比和运动起始点对失相的影响。
2012-09-09 astro-ph.CO gr-qc
Searching for Gravitational Waves from the Inspiral of Precessing Binary Systems: Astrophysical Expectations and Detection Efficiency of "Spiky'' Templates
相对论性的自旋-轨道耦合和自旋-自旋耦合已经被证明可以改变由黑洞和中子星组成的螺旋双星的引力波形。因此，如果在引力波搜索中忽略岁差效应，由于信噪比的显著损失，可能会错过螺旋信号。我们研究的灵敏度预期损失的信噪比的两个因素：作为真实信号和自旋轨道倾角的预期分布的进动波形的准确性，鉴于目前的理解，他们的物理起源。我们发现，使用近似技术产生的信号所获得的结果是在良好的协议，通过集成的2 PN方程所获得的。这表明，一个完整的帐户，所有高阶后牛顿效应通常是不必要的检测效率的测定。根据我们目前的天体物理学预期，大倾角是不受欢迎的，因此，探测率的下降相对于黑洞自旋幅度变化相当缓慢，在最大可能值的20- 30%范围内。
2004-04-08 astro-ph gr-qc
The significance of first post-adiabatic contributions for scalar charge measurements with intermediate and extreme mass ratio inspirals
University College Dublin（都柏林大学学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所，格兰萨索国家实验室）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
研究中等和极端质量比旋进的标量电荷测量，提出基于自力的超越GR波形模型，结合1PA引力部分与标量场效应，用贝叶斯研究评估波形系统误差影响，发现忽略1PA引力效应有偏差，次星自旋与标量电荷无显著相关性，特定建模系统误差可忽略。
2026-07-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Inspirals into a charged black hole
我们将一个致密物体的准圆内旋模型化为一个更大质量的带电黑洞。极端和中间质量比的吸气被认为是通过一个小的质量比近似。用Reissner-Nordstr $\ddot{\text{o}}$ m时空描述带电黑洞。辐射反应对较小物体的影响通过求解爱因斯坦和麦克斯韦方程组计算电磁和引力能通量来量化。通过使轨道能量衰减率与辐射能量耗散率相匹配来确定螺旋轨道。我们观察到，进入带电黑洞的螺旋比进入中性黑洞的螺旋演化得更快。通过对各种内旋结构的分析，我们得出结论：当电荷超过阈值$|Q|/M \gtrsim 0.071 \sqrtε$（其中$ε$为质量比）时，电荷是影响引力波观测的一个重要效应。
2018-05-31 gr-qc
Sub-Solar Mass Intermediate Mass Ratio Inspirals: Waveform Systematics and Detection Prospects with Gravitational Waves
本研究针对质量比q~10²-10⁴的亚太阳质量中等质量比旋进（SSM-IMRIs），评估了IMRPhenomX唯象模型在高质量比区域的性能，发现高阶引力波模式对探测至关重要，当前模型存在显著系统误差，需基于微扰理论校准模型以实现可靠探测和推断。
2025-11-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-Wave Astronomy with Inspiral Signals of Spinning Compact-Object Binaries
来自致密双星（黑洞和中子星）的螺旋信号是地基引力波干涉仪（LIGO、Virgo、GEO-600和TAMA-300）正在进行的搜索的主要目标。我们提出了参数估计模拟黑洞-中子星双星的吸气马尔可夫链蒙特卡罗方法。这是第一次，我们都估计了一个旋转组件的二进制inspiral源的参数，并确定了参数估计的准确性，与地面引力波探测器的模拟观测。我们证明，我们可以获得的距离，天空的位置，和二进制方向在更高的精度比以前建议的文献。对于具有足够自旋和两个或三个探测器的内旋的观测，我们发现在确定天空位置时的精度通常为几十平方度。
2008-08-02 astro-ph gr-qc
Detecting electric charge with Extreme Mass Ratio Inspirals
我们考虑极端的质量比吸气，在此期间，一个带电的紧凑的对象与质量$m_p$和电荷质量比$q$吸气围绕质量$M$的史瓦西黑洞。本文利用Teukolsky和广义Sasaki-Nakamura公式计算了Schwarzschild黑洞周围的引力和电磁扰动，数值计算了带电粒子在圆轨道上运动时产生的引力波和电磁波的能流.通过对这些极端质量比的观测，我们发现空间引力波探测器如激光干涉仪空间天线可以探测到小到$q\sim 10^{-3}$的荷质比。
2022-04-25 gr-qc
Studies of waveform requirements for intermediate mass-ratio coalescence searches with advanced detectors
恒星质量致密物体合并成中等质量黑洞（中等质量比合并; IMRAC）是地面引力波干涉仪在所谓高级配置中的一个重要天体物理来源。然而，对这些系统进行有效的基于匹配滤波器的搜索的能力受到缺乏可靠波形的限制。在这里，我们考虑的双星中，中等质量的黑洞的质量范围在24 - 200太阳质量与恒星质量的伴侣有质量范围在1.4 - 18.5太阳质量。此外，我们将双星的质量比q限制在1/140 < q < 1/10的范围内，并将我们的研究限制在具有非自旋组件的圆形双星的情况下。我们调查的相对贡献的信噪比（SNR）的三个不同阶段的合并：螺旋，合并和衰荡。我们发现，合并和振铃贡献了相当大一部分的总SNR的质量参数空间的大部分，虽然在有限的一部分的SNR是占主导地位的inspiral阶段。我们进一步确定了IMRAC质量空间中的三个区域，其中：（i）仅吸气搜索可以在检测率L损失在10% < L <27%的范围内的情况下执行，（ii）基于仅吸气模板的搜索导致检测率损失在27% < L <50%的范围内，以及（iii）包括合并和振铃的模板对于防止超过50%的检测率损失是必不可少的。我们调查的有效性，其中的IMRAC波形空间的吸气仅部分被覆盖，通过比较几个现有的波形家庭在这个制度。我们的研究结果加强了广泛的数值相对论模拟IMRAC的重要性，需要进一步研究合适的近似方案在这个质量范围内。
2014-01-07 astro-ph.HE gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: scalar-field model in 3+1 dimensions
研究提出一种3+1维管道切除方法，通过解析模型替代小黑洞区域，缓解中等质量比双黑洞模拟的尺度差异问题，并在标量场玩具模型中验证了准确性与效率。
2024-02-16 gr-qc
Intermediate-mass Black Hole and stellar orbits in the Galactic Center
许多年轻的恒星都位于银河系中心的超大质量黑洞SgrA* 的半秒差距内。这些恒星的起源仍然是个谜。最近，Hansen和Milosavljevic（2003，HM）认为中等质量黑洞（IMBH）可能将年轻恒星送到SgrA* 附近。在这里，我们关注HM场景的最后阶段。也就是说，我们积分数值的恒星的轨道，最初绑定到IMBH，但剥离它的潮汐场的SgrA*。我们的数值算法是专门为手头的问题设计的辛积分器;然而，我们已经用SYMBA（一种广泛使用的SWIFT代码）检查了我们的结果。我们发现，螺旋后轨道参数的分布对螺旋IMBH的偏心率很敏感。如果IMBH是在一个圆形轨道上，那么数值计算的轨道相对于内旋平面的倾角几乎总是小于10度，因此（a）模拟与观测到的恒星在顺时针运动的恒星盘中的运动非常一致，（b）模拟永远不会再现该盘之外的恒星的轨道，其中包括那些在第二个厚厚的星环和随机取向的非松弛轨道的一些S-星。如果IMBH的轨道偏心率是e=0.6，那么大约一半的恒星最终的轨道倾角小于10度，另一半的倾角在0到180度之间;这与观测结果比较接近。我们还表明，如果IRS 13集群是由IMBH绑定，已经被认为是由Maillard等。al.2004，那么同一个IMBH不可能把所有的年轻恒星送到他们现在的位置。
2005-02-07 astro-ph gr-qc
Detecting properties of echoes from inspiraling stage with ground-based detectors
黑洞的性质是引力物理学中最令人兴奋的问题之一。如果存在一个与黑洞一样致密但没有视界的奇异致密体，则在合并后可能产生引力波回波。在这项工作中，我们表明，对于极端质量比的双星，即使在紧凑的双星合并的吸气阶段，外来的紧凑物体的硬表面的存在将产生可检测的信号的引力波。我们预测，一旦LIGO-Virgo-KAGRA，爱因斯坦望远镜或宇宙探测器检测到这样的源，我们的模型表明，可以约束的紧凑对象的表面的性质在吸气阶段比目前的水平更好。
2022-12-21 gr-qc
Examining the effects of dark matter spikes on eccentric intermediate mass ratio inspirals using N-body simulations
本研究首次利用N体模拟自洽研究暗物质尖峰对偏心中等质量比旋近的影响，发现三体弹弓机制而非动力学摩擦主导能量耗散，并提出频移比相位偏移更具探测前景。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Highly eccentric EMRI waveforms via fast self-forced inspirals
我们提出了新的发展和竞争的inspiral和波形模型的高度偏心非旋转极端和中间质量比inspirals（EMRIs和IMRIs）的比较。从我们的高偏心率自力库出发，我们应用近恒等变换（NIT）技术，以快速计算高偏心率自力吸气首次。在评估我们的近似NIT的结果，通过比较与充分的自我力量的inspirals，我们耦合我们的准确和精简的inspiral数据潜在的波形生成方案。我们发现，虽然高偏心率应变NIT方法，NIT吸气是一致的EMRI与充分的自我力量吸气。然而，我们的NIT实现（在第一绝热后顺序）是无法实现高度偏心IMRI的LISA动机的精度目标。我们最复杂的波形是通过一种新技术设计的，该技术有效地将NIT轨道参数与Teukolsky振幅和相位联系起来。我们将这些复杂的Teukolsky波形与基于组装的合成（谐波求和）振幅进行比较。我们发现，假设相同的世界线（使失相是可以忽略不计的），组装波形相比，有利的Teukolsky波形的非旋转机构。
2021-10-13 gr-qc
Adiabatically compressed wave dark matter halo and intermediate-mass ratio inspirals
本文研究波暗物质晕在中心黑洞绝热增长下的压缩效应，发现压缩后密度显著增强并影响中等质量比旋近的引力波相位，为未来引力波探测重建波暗物质晕提供依据。
2023-01-31 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
Data Analysis Challenges for the Einstein Telescope
爱因斯坦望远镜是拟议中的第三代引力波探测器，将在1 Hz至几kHz的范围内工作。除了由中子星或黑洞组成的致密双星外，探测器的低频截止将为许多新的来源打开窗口。这些将包括吸气的结束阶段，加上合并和中等质量黑洞的衰荡，其中组成物体的质量约为几百个太阳质量。也有可能观测到中等质量比的吸入，即恒星质量致密的物体吸入质量大几百到几千倍的黑洞。在这篇文章中，我们调查的一些数据分析的挑战，爱因斯坦望远镜，如增加源数量的影响，需要更准确的波形模型和一些计算问题，数据分析策略可能面临的。
2009-10-02 gr-qc
Phenomenology of amplitude-corrected post-Newtonian gravitational waveforms for compact binary inspiral. I. Signal-to-noise ratios
我们研究的振幅校正后牛顿（PN）引力波形的现象学后果，而不是更常用的限制PN波形，为准圆形，绝热inspiral紧凑的二元对象。在初始检测器的情况下，已经表明，使用幅度校正的波形用于检测模板将导致比完全基于受限波形的模拟所建议的显著更低的信噪比（SNR）。我们进一步阐明的效果的起源进行了深入的分析处理。讨论扩展到先进的探测器，新的功能出现。非限制波形是轨道相位中的谐波的线性组合，并且在频域中，$k$次谐波在$k f_{LSO}$处截止，其中$f_{LSO}$是最后稳定轨道处的轨道频率。因此，使用非限制性模板，在主谐波（其是两倍于轨道相位的谐波）不进入检测器的带宽的情况下，可以实现相当大的信噪比。这将对探测涉及中等质量黑洞的双星螺旋产生重要影响。对于距离为100 Mpc的源，考虑到高次谐波将使Advanced LIGO的质量范围增加一倍，而EGO的质量范围将增加两倍。保守估计表明，受限波形低估了中等质量二元吸气的检测率至少20倍。
2006-11-05 gr-qc
Upper limits on the temperature of inspiraling astrophysical black holes
提出了一种通过探测二元黑洞并合的内旋相位来约束天体物理黑洞温度的方法。在足够的分离下，吸入的黑洞可以被视为孤立的物体，因此它们的温度仍然可以被定义。由于它们的内在辐射，吸气黑洞在吸气阶段失去了部分质量。结果，合并加速，引入了对轨道相位的修正。我们表明，这种失相可能使我们能够通过引力波检测来限制螺旋状黑洞的温度。利用先进LIGO和Virgo探测器前两次观测运行的二元黑洞合并，我们将母体黑洞的温度限制在约$ 10^9 $ K以下。这样的限制对应于$ 20 M_{\odot} $黑洞的亮度约为$ 10^{-16} M_{\odot} \rm s^{-1} $，这比相应引力波事件的峰值亮度低约20个数量级，表明没有证据表明通过检测内旋相位存在强量子引力效应。
2021-07-08 gr-qc
Elusive Plunges and Heavy Intermediate-mass-ratio Inspirals from Single and Binary Supermassive Black Holes
Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
研究单倍和双星超大质量黑洞中IMBH的演化，探讨引力波驱动的中间质量比inspirals和直接坠落对超大质量黑洞生长的影响，指出这些事件可能难以被未来引力波干涉仪和脉冲星定时阵列检测到。
2026-03-13 astro-ph.GA gr-qc
Searching for binary coalescences with inspiral templates: Detection and parameter estimation
近年来，数值相对论的研究取得了显著的进展.这导致了引力波形信号的产生，涵盖了传统上称为致密双星合并的三个阶段-螺旋，合并和环缩。在本文中，我们研究的有用性的inspiral只有模板的检测和参数估计的数值相对论模拟产生的全聚结波形。为此，我们部署作为搜索模板波形的基础上终止于光环以及标准后牛顿波形的有效单体波形。我们发现，这两个都是很好的信号检测。参数估计在低质量时是好的，但随着二元系统质量的增加而退化。
2009-02-02 gr-qc
Detector Dependence of Inspiral Christodoulou Gravitational Wave Memory in Binary Black Hole Systems
Government College, Kattappana（卡塔帕纳政府学院）
本研究提出模块化数值框架GWMemoryLab，探究双黑洞并合阶段Christodoulou引力波记忆的探测器依赖性，发现最优总质量与探测器低频截止频率近似反比关系，为该记忆的可探测性提供了见解。
2026-08-11 gr-qc
Secondary accretion of dark matter in intermediate mass-ratio inspirals: Dark-matter dynamics and gravitational-wave phase
本文重新审视了中等质量比双星中次级黑洞吸积暗物质对引力波的影响，提出并实现了一种在吸积时移除暗物质粒子的反馈方法以确保质量守恒，发现该方法虽减小了引力波去相移，但仍可达数百至近千个周期，足以通过引力波测量推断吸积效应。
2024-01-05 astro-ph.HE gr-qc
