Post-Newtonian SPH calculations of binary neutron star coalescence. I. Method and first results
我们提出了我们的后牛顿（PN）光滑粒子流体动力学（SPH）程序的第一个结果，它已被用来研究的二元中子星（NS）系统的合并。拉格朗日粒子为基础的代码始终包含所有最低阶（1PN）相对论效应，以及引力辐射反应，最低阶耗散项在广义相对论。我们测试我们的代码序列的单一NS模型的不同的紧凑性，我们讨论了如何使PN模拟更相关的现实NS模型。我们还提出了一个PN SPH松弛过程来构建同步二元系统的平衡模型，并使用这些平衡模型作为二元合并动力学计算的初始条件。虽然非物理的，因为潮汐同步预计不会在NS双星，这些初始条件使我们能够比较我们的PN工作与以前的牛顿结果。我们比较计算和没有1PN的影响，NS与刚性状态方程，建模为多面体与$Γ=3$。我们发现，1PN效应可以在合并中发挥重要作用，加速最终的inspiral，并导致一个显着的不对准的二进制之前，最终合并。此外，引力波信号的特征也发生了显著的变化，表现出在合并末期对指数衰减波形的强烈调制。我们还简要讨论了我们的结果的宇宙学距离的伽马射线暴模型的影响。
2000-04-14 astro-ph gr-qc
Merger states and final states of black hole coalescences: a numerical-relativity-assisted effective-one-body approach
我们研究在何种程度上的有效单体描述的动力学状态的非旋转，合并的二元黑洞（无论是在合并，或振铃后）同意与数值相对论的结果。这种比较使用的估计综合损失的能量和角动量在振铃，推断从最近的数值相对论数据。我们发现，值，预测的有效单体形式主义，系统的能量和角动量同意在每密耳的水平与他们的数值相对论对应，无论是在合并和在最终状态。这一发现再次证实了有效单体理论即使在强引力场中也能精确描述双黑洞的动力学。我们的工作还提供了预测（和分析拟合）的最终质量和最终自旋的合并黑洞的所有质量比
2013-07-11 gr-qc
The coalescence remnant of spinning binary black holes
本文采用数值近似和微扰近似相结合的方法，计算了一族近距离双星黑洞组态演化过程中产生的引力辐射。我们从最内层稳定圆轨道（ISCO）附近到最后的单个旋转黑洞，演化出自旋与轨道角动量对齐或反对齐的双星$s$。对于这里研究的适度旋转的黑洞，在螺旋过程结束时形成的残留克尔黑洞具有旋转参数$a/M\approx0.72+0.32(s/m_H)$，这表明很难（尽管不排除）在这种情况下最终形成接近最大旋转的黑洞。
2003-12-29 astro-ph gr-qc
Advanced localization of massive black hole coalescences with LISA
大质量黑洞的合并是LISA产生引力波的主要来源之一。通过对引力波的测量，可以将天空中的源定位为一个椭圆，其长轴为几十角分到几度，这取决于源的红移，而短轴则小2- 4倍。对于我们考虑的最近的源，距离（以及近似的红移）可以确定为优于1%，尽管弱透镜会降低这种性能。在这个三维“像素”中寻找GW事件的电磁对应物将是非常有意义的。对应物的存在允许结合电磁和GW信息的独特研究，特别是如果在孔的最终合并之前找到对应物。为了了解早期对应检测的可行性，我们计算GW像素随时间的演变。我们发现，在合并前的最后一天，当自旋进动效应最大时，像素大小的最大改善。早在$z = 1$合并前一个月，源就可以定位到10平方度以内;对于更高的红移，这种精度只有在最后几天才有可能。
2011-08-03 astro-ph gr-qc
Tidal effects in binary neutron star coalescence
我们比较动力学和波形从二进制中子星合并计算新的长期（$\sim 10 $轨道）数值相对论模拟和潮汐有效单体（EOB）模型，包括分析潮汐校正第二后牛顿秩序（2PN）。目前的分析知识编码的潮汐EOB模型被认为是足够的，以再现的数值数据接触和他们的不确定性。值得注意的是，除了那些已经适合于二元黑洞数据的参数外，不需要校准任何潮汐EOB自由参数。2PN潮汐改正的列入最大限度地减少了与数值数据的差异，但它是不可能的，以显着区分他们的领先秩序的潮汐贡献。潮汐效应的相关放大的存在可能被排除在外，尽管它可能是数字不准确的结果。我们的结论是，潮汐完整的有效单体模型提供了目前最先进和准确的工具，模拟引力波形从双中子星螺旋到接触。这项工作还指出了广泛的测试，以评估数值数据的不确定性的重要性，以及新的数值策略进行准确的模拟的潜在需求。
2012-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Exciting black hole modes via misaligned coalescences: II. The mode content of late-time coalescence waveforms
利用广义Ori-Thorne算法构造的内旋轨道和坍缩轨道，我们用时域黑洞微扰理论程序计算了相应的引力波.这些波形的最后一个周期是Kerr准正规模的叠加。在本文中，我们研究了模式的激发如何作为源参数的函数，如较大的黑洞的自旋和较小的身体的螺旋和暴跌的几何形状。我们发现，准正规模式的混合物，从合并的最终引力波的特征是完全由自旋$a$的较大黑洞，一个角度$I$的特点是偏离的轨道平面从黑洞的自旋轴，第二个角度$θ_{\rm fin}$描述的位置，在该位置的小天体穿过黑洞的事件视界，以及物体最终运动的方向sgn $(\dotθ_{\rm fin})$。如果这些大质量比的结果在不太极端的质量比下成立，那么测量二元黑洞合并引力波的多个振铃模式可能提供有关源的二元性质的重要信息，例如轨道角动量与黑洞自旋的不对准。这对于大质量的双星可能特别有用，因为早期的内旋波不在探测器最敏感的波段内。
2019-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Post-Newtonian SPH calculations of binary neutron star coalescence. II. Binary mass ratio, equation of state, and spin dependence
利用我们的新的后牛顿SPH（光滑粒子流体动力学）程序，我们研究了中子星（NS）双星的最终并合。我们改变状态方程（EOS）的刚度以及初始的二元质量比和恒星自旋。结果进行了比较，牛顿计算，包括和不包括的引力辐射反应。我们发现，随着质量比的减小，重力波峰值应变和光度的减小比简单的点质量公式所预测的要陡得多。对于具有较软EOS的NS（我们将其建模为简单的$Γ=2$多面体），我们发现重力波发射较强，与较硬EOS（如我们以前的工作中建模为$Γ=3$多面体）相比具有不同的形态。我们还计算了NS双星的合并与非旋转的初始条件，并发现，重力波信号是相对抑制相比，同步的情况下，但显示了一个非常显着的第二个峰值的排放。质量脱落也大大减少，并且通过与同步情况不同的机制发生。我们讨论了我们的研究结果的影响，重力波天文学与激光干涉仪，如LIGO，和理论模型的伽马射线暴（GRB）的基础上NS合并。
2000-10-15 astro-ph gr-qc
Toward Early-Warning Detection of Gravitational Waves from Compact Binary Coalescence
用先进的引力波探测器网络快速探测致密双星合并（CBC）将为多信使天文学提供一个独特的机会。天文学界的及时探测警报可能使人们有可能观测到来自（CBC）的电磁发射的开始。我们展示了一个计算上实用的过滤策略，可以产生早期预警触发器之前，从最终合并的引力辐射已经到达探测器。
2014-05-07 astro-ph.IM gr-qc
Prospects for early localization of gravitational-wave signals from compact binary coalescences with advanced detectors
可探测到的引力波的一个主要候选来源是成对的恒星质量致密天体的螺旋和合并。先进的LIGO和先进的Virgo探测器将使科学家能够比第一代探测器更早地探测到来自更大质量系统的螺旋信号。来自两颗中子星合并的信号预计将在先进探测器的敏感波段停留数分钟，从而允许在系统最终合并之前进行探测。在这项工作中，在合并之前检测inspiral信号的前景，以及获得合适的源位置的天空区域的可能性进行了研究。由于信号的大部分是在聚结之前的最后10秒内累积的，因此带宽和定时精度在聚结之前的最后时刻大量累积。我们使用蒙特卡罗技术来估计天空定位的准确性，通过网络的地基干涉仪，如aLIGO和aVirgo。通过添加日本KAGRA探测器，表明聚并前的探测和三角测量是可行的。
2012-03-05 astro-ph.CO gr-qc
New twists in compact binary waveform modelling: a fast time domain model for precession
本文提出了一个描述准圆进动双黑洞系统并合产生的引力波信号的唯象模型IMRPhenomTPHM。该模型是基于“扭转”的近似，它映射的非进动信号的进动的三个欧拉角描述的时间相关的旋转，并已被用于几个频域波形模型，已成为标准的工具，在引力波数据分析。然而，我们的模型是在时域中构建的，这使得在频域模型上有几个改进：我们不使用固定相位近似，我们采用了一个简单的近似的进动欧拉角的振铃信号，我们实现了一种新的方法来计算欧拉角通过系统的自旋动力学的演变，这是更准确的，也是计算效率。
2021-05-17 gr-qc
A fully-coherent all-sky search for gravitational-waves from compact binary coalescences
本文介绍了一种全相干的方法来寻找黑洞和中子星双星合并产生的引力波信号。这将先前开发并用于有针对性的引力波搜索的相干分析扩展到全天、全天搜索。我们将搜索应用于LIGO探测器第五次科学运行期间采集的一个月的数据。我们证明，与巧合搜索相比，灵敏度提高了25%，这与预期相称。最后，我们讨论了在先进的引力波探测器数据中实施和运行对来自双星合并的引力波信号的相干搜索的前景。
2015-09-11 astro-ph.HE gr-qc
Coalescence of Two Spinning Black Holes: An Effective One-Body Approach
我们推广到自旋黑洞的情况下，最近推出的"有效的一体"的方法，广义相对论动力学的二元系统。有效的一体化方法的组合，和一个Padé定义的一些关键的有效径向函数，示出定义一个动力学大大改善后牛顿收敛性能，甚至黑洞分离的顺序为$6 GM / c^2$。我们讨论了一个两参数族的“球形轨道”（具有恒定半径）的近似存在性，以及相应的一个单参数族的“最后稳定球形轨道”（LSSO）。这些轨道对于即将进行的LIGO/VIRGO/GEO引力波观测具有特殊意义。有人认为，对于大多数（但不是全部）的参数空间的两个旋转孔的有效的单体方法提供了一个可靠的分析工具，用于描述的最后一个轨道合并前的动态。该工具以定量的方式预测某些自旋取向如何增加LSSO的结合能。这导致了在LIGO/VIRGO/GEO观测中的探测偏差，有利于旋转的黑洞系统，并且迫切需要通过添加（绘制）辐射反应效应和通过构建包含自旋效应的引力波形模板来完成这里给出的保守有效的单体动力学。最后，我们的方法预测，由两个任意自旋的空穴合并形成的最终空穴的自旋永远不会接近极值。
2001-10-01 gr-qc
Deci hertz Laser Interferometer can determine the position of the Coalescing Binary Neutron Stars within an arc minute a week before the final merging event to Black Hole
在$\sim 2020$的$ f\sim 0.1{\rm Hz}$，用$h_{rms}\sim 10^{-23}$在空间构造激光干涉仪引力波天线是可能的。这个十分之一赫兹天线可以被称为DECIGO/BBO，它们分别代表DECi赫兹干涉仪引力波观测台和大爆炸观测台。通过对$\sim$ 300 Mpc处的中子星或黑洞合并双星1-10年观测资料的分析，可以预先给出$\sim$在角分内的空间位置和$\sim 0.1$秒内的合并时刻。在知道最终合并事件的准确位置和时间后，利用高频（$ f\sim 100{\rm Hz}$）引力波天线和从无线电频率到超高能γ射线的电磁波天线进行后续同步观测，将揭示黑洞合并和形成这一神秘事件中的物理现象。
2003-08-19 astro-ph gr-qc
A numerical approach to binary black hole coalescence
双黑洞合并的本质是相对论开普勒问题的最后一个未知领域。在美国，二元黑洞合并被认为是一个计算上的“大问题”，其解决方案是一个协调努力的目标，刚刚达到一半，由近十几个机构的200多名研究人员完成。在这份报告中，我强调了我所看到的最严重的问题，我们和一般的计算解决方案之间的二元黑洞合并的问题：* 计算负担相关的问题的合理推断的基础上，目前的计算算法和近期的硬件发展;* 与这些估计有关的一些计算问题，以及如何通过使用不同或更复杂的计算算法来减少预期的负担;和 * 一些物理问题与发展的数值解的领域方程的一个二元黑洞系统，特别注意的工作正在进行，或与，大挑战。
1996-03-05 gr-qc
On the use of higher order waveforms in the search for gravitational waves emitted by compact binary coalescences
本文讨论了致密双星合并辐射的高阶波形模型在引力波数据分析中的应用。我们从一个介绍性的章节开始，包括广义相对论，引力辐射和地基干涉引力波探测器的概述。在第二章中，我们将讨论由致密双星聚结所发射的引力波，解释高阶波形以及它们与首阶波形的区别;我们还将介绍后牛顿形式。在第3章中的方法和结果的引力波搜索低质量的紧凑的二元聚结使用的LIGO的第5次科学运行数据的子集，并在随后的章节中，我们将研究如何使用高阶波形在这样的分析。我们遵循一个新的搜索算法，采用高阶波形的检测效率和参数估计有前途的结果的发展。第五章提出了一种有利于引力波搜索的时域波形加窗方法。最后一章涵盖了一个游戏的开发，该游戏旨在作为一个推广项目，以提高公众对引力波搜索的认识和理解。
2011-10-17 gr-qc
Identifying glitches near gravitational-wave signals from compact binary coalescences using the Q-transform
我们提出了一种计算方法来识别毛刺的引力波数据发生附近的引力波信号从紧凑的二元合并。Q变换是LIGO-Virgo-KAGRA数据分析中的一种成熟工具，它计算信号周围数据中任何超出高斯噪声背景假设的概率，并标记任何显著的毛刺。随后，我们对这种计算方法进行验证测试，以确保在有色高斯噪声中的自一致性，以及使用最佳拟合模板减去信号后包含引力波事件的数据。最后，我们的毛刺识别结果从真实的事件在LIGO-Virgo的第三次观测运行对列表中的事件，需要毛刺缓解的比较表明，该工具将是有用的，在提供精确的信息，数据质量，以改善这些事件的天体物理分析。
2023-01-16 astro-ph.IM gr-qc
Early Warnings of Binary Neutron Star Coalescence using the SPIIR Search
来自双中子星合并的引力波可以用作警报，以便能够进行及时的后续观测。特别是，捕捉即时电磁和天体粒子排放的时刻，一个二进制合并提出了独特的限制的时间尺度和天空定位在线引力波检测。在这里，我们提出了SPIIR在线检测管道的预期性能，该管道是为即将到来的国际LIGO-Virgo的第四次科学运行（O 4）而设计的。使用模拟高斯数据的两个LIGO天文台与预期的O 4灵敏度，我们证明，有一个不可忽视的机会，提供合并前警告至少10秒之前，最后暴跌。预计这些警报将以每年一颗中子星合并的名义速度发出，并定位在300 $deg^2$的中位数搜索区域内。我们设想这样的检测是非常有用的后续观测站，如Murchison宽场阵列无线电设施在西澳大利亚州的大视野。
2022-02-23 gr-qc
Coalescence of Kerr Black Holes: Binary Systems from GW150914 to GW170814
研究了两个具有轨道角动量的Kerr黑洞合并产生的引力波的能量。聚并被构造成在初级黑洞与次级黑洞相比足够大的极限中与粒子吸收一致。在这个极限下，我们解析地得到了一个有效的引力自旋-轨道相互作用依赖于角动量的排列。然后，对具有不同参数的等质量二元系统进行了数值分析。根据数值分析，引力波的能量仍然依赖于有效相互作用，正如解析形式所预期的那样。特别是，我们确保最后的黑洞从初始的二元黑洞的轨道角动量中获得大部分的自旋角动量。为了估计实际双星黑洞中引力波释放的角动量，我们将我们的结果应用于激光干涉引力波天文台的观测：GW 150914，GW 151226，GW 170104，GW 170608和GW 170814。
2018-05-13 gr-qc hep-th
Predicting the direction of the final spin from the coalescence of two black holes
由一般黑洞双星并合产生的黑洞自旋对于研究超大质量黑洞的宇宙演化具有重要意义。人们曾多次尝试利用数值相对论模拟的结果，通过简单的表达式来模拟自旋。虽然这些表达式与模拟结果相当一致，但它们忽略了双星轨道平面的进动，因此不能直接应用-即，而不需要使用后牛顿理论将系统演化到小的分离--演化到分离大于几百个引力半径的双星。虽然原则上这不是问题，但如果这些公式被用于宇宙学的合并树或N体模拟，这可能是不切实际的，这些公式提供了两个黑洞的自旋和角动量，当它们的距离是数百或数千个引力半径时。相反，我们提出的公式是建立在改进的假设基础上的，并且对于任何分离，对于最终自旋的范数及其方向都给出了非常准确的预测。通过与数值计算结果的比较，我们还发现在大分离度下，末态自旋方向与双星的总角动量非常精确地一致。因此，对最终自旋方向的观测（例如通过喷流）可以提供关于双星轨道平面的信息，例如，对于研究X形射电源可能是相关的。
2009-09-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Fast coalescence of massive black hole binaries from mergers of galactic nuclei: implications for low-frequency gravitational-wave astrophysics
我们调查一个纯粹的恒星动力学解决方案的最后秒差距问题。由大合并产生的星系核不是球形的，但显示出一定程度的三轴性。与$N$体模拟，我们表明，大规模的黑洞二进制（MBHB）主办的，他们将不断与恒星的向心轨道，从而螺旋-在远小于哈勃时间-下降到分离时，引力波（GW）的排放是足够强大的驱动他们合并。这种聚结将是未来星载探测器（如{ \it激光干涉仪空间天线}（LISA））的重要GW源。根据我们的研究结果，我们预计LISA将看到$\sim 10$之间的$\sim {\rm few} \times 10^2$这样的事件每年，这取决于特定的MBH种子模型，在最近的星系合并树和MBH共同进化的研究。使用$e \gtrsim 0.001-0.01$，LISA带中的轨道偏心率将与零明显区分开。
2011-02-23 astro-ph.GA gr-qc
Compact binary coalescences: The subtle issue of angular momentum
在引力辐射存在的情况下，孤立系的角动量概念具有无限维超平移的模糊性。这一事实已经在数学广义相对论文献中强调了几十年。我们分析的问题，在有限的上下文中的紧凑的二进制合并（CBC）的初始总角动量的二进制和最终的黑洞自旋一般是指\emph{distinct}旋转分组的邦迪-梅茨纳-萨克斯组，相关的\emph{supertranslations}。我们表明，这种模糊性可以量化使用引力记忆和“黑洞踢”。我们的结果意味着，虽然模糊性在概念上是重要的，通常在CBC文献中的假设下，它可以被忽略，在实践中为当前和可预见的引力波探测器。
2020-01-25 gr-qc math-ph math.MP
The Afterglow of Massive Black Hole Coalescence
星系核中的一对大质量黑洞的最终合并是由引力辐射强迫的。由质量为（10^5-10^7）（1+z）^{-1} M太阳的黑洞合并产生的引力波，其红移为1-20，很容易被激光干涉仪空间天线（LISA）探测到，但电磁余辉将有助于精确定位源及其红移。在合并之前很久，双星就“掏空”了周围的气体，并且与环双星盘的粘性时间尺度相比，收缩得很慢。内部气体盘在双星的引力矩与粘性矩平衡的半径处被截断，并且黑洞上的吸积被减少。最初，内部截断半径能够跟随收缩的二元体向内。但最终引力辐射的时间尺度会变得比圆盘中的粘性时间尺度更短，导致一个被中空气体圆盘包围的合并黑洞。我们发现，随后由辐射压主导的中空盘的粘性演化将在1 ~7（1+z）（M/10^6Msun）^{1.32} yr的时间尺度上产生一个~10^{43.5}（M/10^6Msun）ergs ^{-1}的X射线源。这证明有必要用下一代X射线观测站对引力波事件进行后续监测。对这些余辉的详细光变曲线的分析将产生对大质量黑洞吸积的微妙物理学的新见解。
2005-03-14 astro-ph gr-qc
The Final Fate of Coalescing Binary Neutron Stars: Collapse to a Black Hole?
与中子星（NS）或黑洞（BH）成分合并的致密双星是目前正在建造的激光干涉仪探测器的重要引力波源，也可能是宇宙学距离上的伽马射线暴源。本文着重研究NS-NS双星系统最终的流体动力学并合，并讨论了黑洞的形成是否是这些系统最终不可避免的命运。
1999-12-14 astro-ph gr-qc
Inferring the gravitational wave memory for binary coalescence events
完整的非线性广义相对论预言了引力波的记忆效应。对于紧密的双星合并，总的引力记忆作为一个推断的可观测量，在概念上与最后一个黑洞的质量和自旋处于相同的地位。给定任何LIGO事件的候选波形，然后，可以计算总引力记忆的后验概率分布函数，并使用它们来比较和对比波形。在本文中，我们提出了这些后验分布的双黑洞合并事件中报告的第一个引力波瞬态目录（GWTC-1），使用唯象和连续的一体波形。总的来说，两组后验分布相互吻合得很好，虽然我们发现记忆的$\ell=2, m=1$模式的差异较大。这表明其他推断的观测量的后验分布没有捕获到系统误差的可能来源。因此，总记忆的各种角度模式的后验分布可以作为诊断工具，以进一步改善波形。像这样的分析将是有价值的，特别是对未来的事件，因为地基探测器的灵敏度提高，并为LISA可以直接测量总的引力记忆。
2020-09-14 gr-qc
How black holes get their kicks: Gravitational radiation recoil revisited
双黑洞合并产生的引力波带走了线性动量，导致质心反冲。这种“辐射火箭”效应对逃逸速度为反冲速度的系统具有重要意义。我们重新审视这个问题，使用黑洞微扰理论，治疗作为一个测试质量螺旋进入旋转孔的二进制。对于极端的质量比（q = m1/m2 << 1），我们非常精确地计算了双星合并的缓慢螺旋时期的反冲;这些结果可以以适度的精度外推到q ~ 0.4。虽然最后一次俯冲产生的反冲力对最后的反冲力有很大的贡献，但我们只能粗略地估计它的大小。我们发现反冲可以很容易地达到~ 100-200 km/s，但最有可能不超过~ 500 km/s。虽然远低于先前的估计，但这种反冲足够大，足以产生重要的天体物理学后果。这些包括从球状星团、矮星系和高红移的暗物质晕中喷射出的黑洞。
2004-04-09 astro-ph gr-qc
How black holes get their kicks: Radiation recoil in binary black hole mergers
双黑洞合并产生的引力波携带线性动量，导致质心反冲。这种"辐射火箭“对于逃逸速度为反冲速度的系统具有重要意义。我们描述了新的反冲计算使用高精度黑洞微扰理论估计的反冲的大小为缓慢的“吸气”合并阶段，再加上一个粗糙的计算为最终的"暴跌“，我们估计总反冲赋予合并的黑洞。我们发现，几十到几百公里/秒的速度可以相当容易地实现。后坐力可能永远不会超过500公里/秒。
2004-08-25 astro-ph gr-qc
Fast post-adiabatic waveforms in the time domain: Applications to compact binary coalescences in LIGO and Virgo
我们提出了一个计算效率（时域）多极波形模型准圆形自旋对齐紧凑的二元聚结。该模型结合了数值相对论的优点，有效的单体（EOB）家庭的模型与绝热后的解决方案的运动方程的两体动力学的螺旋部分。我们在效率和准确性方面将此模型与其他最先进的波形进行了基准测试。我们发现一个加速的一至两个数量级相比，基本的时域EOB模型的总质量范围$2 - 100 M_{\odot}$。更具体地说，对于一个低总质量系统，例如具有相同质量的$1.4 M_{\odot}$的中子双星，如GW 170817，计算加速约为100倍;对于具有总质量$\sim 40 M_\odot$和质量比$\sim 3$的事件，如GW 190412，加速是$\sim 20$的因子，而对于具有可比质量和总质量$\sim 70 M_{\odot}$的二元系统，与GW 150914一样，它是$\sim 10$的一个因子。我们证明了新的模型是非常忠实的基本EOB模型的不忠实度小于$0.01\%$在整个适用区域的参数空间。最后，我们介绍了这种新的波形模型的参数估计研究和测试的广义相对论的成功应用。
2021-05-14 gr-qc
GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence
我们报告的引力波信号产生的两个恒星质量的黑洞合并的观察。该信号GW151226由激光干涉引力波天文台（LIGO）的双探测器于2015年12月26日03：38：53 UTC观测到。该信号最初通过在线匹配过滤器搜索在70秒内识别，该搜索针对二元聚结。随后的离线分析恢复了GW 151226，网络信噪比为13，显著性大于5 $σ$。信号在LIGO频段持续约1秒，频率和振幅在35至450 Hz的约55个周期内增加，并达到$3.4_{-0.9}^{+0.7} \times 10^{-22}$的峰值重力应变。推断的源帧初始黑洞质量为$14.2_{-3.7}^{+8.3} M_{\odot}$和$7.5_{-2.3}^{+2.3} M_{\odot}$，最终黑洞质量为$20.8_{-1.7}^{+6.1} M_{\odot}$。我们发现，至少有一个组成黑洞的自旋大于0.2。该源位于对应于红移$0.09_{-0.04}^{+0.03}$的$440_{-190}^{+180}$ Mpc的光度距离处。所有不确定性定义为90%可信区间。这第二次引力波观测提供了改进的限制恒星人口和偏离广义相对论。
2016-06-15 astro-ph.HE gr-qc
Binary Black Hole Coalescence and the Dynamics of Scalar Hair in Einstein-Maxwell-Scalar Theory
Universidad de La Serena（拉塞雷纳大学）；Universidad Diego Portales（迭戈·波特莱斯大学）；National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
通过数值相对论研究带电双黑洞对头并合，发现非最小电磁-标量耦合可动态触发标量毛发，其命运由耦合强度和残余电荷决定。
2026-10-14 gr-qc hep-th
Ringdown overtones, black hole spectroscopy, and no-hair theorem tests
用引力波观测到的致密双星聚结来验证黑洞无毛定理，提供了一个令人信服的论据，即残余天体确实是广义相对论所描述的黑洞。这需要执行合并后信号的光谱分析并分辨不同角模式或（相同角模式的）泛音的频率。对于质量接近相等的双星黑洞系统，只有主角模（$l=m=2$）被充分激发，并且泛音有助于进行此测试。在这里，我们调查的鲁棒性建模合并后的信号的二进制黑洞合并作为叠加的泛音。此外，我们研究了预期在恢复的频率作为光谱分析的开始时间的函数的偏差，并提供了一个计算上便宜的程序来选择它的基础上，由于检测器噪声和由于波形建模的系统误差的预期统计误差之间的相互作用。此外，由于泛音频率间隔很近，我们发现解决泛音是特别具有挑战性的，需要一个响亮的铃声。瑞利的可分辨性准则表明，在一个乐观的情况下，振铃信噪比大于$\sim 30$（可能通过LIGO在设计灵敏度下实现，并定期与未来的干涉仪，如爱因斯坦望远镜，宇宙探测器和LISA）是必要的，以解决泛音频率。最后，我们讨论了一些概念性的问题与黑洞光谱的泛音。
2020-01-14 astro-ph.HE gr-qc
Coalescence of binary neutron stars in a scalar-tensor theory of gravity
我们在允许自发标量化的标量张量理论中对合并中的双星中子星进行了数值相对论模拟。我们用真实的状态方程来模拟中子星。我们选择的自由参数的理论考虑到所施加的约束的最新观测的中子星-白矮星双星脉冲星定时。我们发现，即使在这些严格的限制，标量化仍然可以影响的演变的双中子星不仅在后期的inspiral，但也在合并阶段。我们还证实，即使当这两个中子星有相当小的标量电荷在大的分离，他们可以强烈标度动态在最后阶段的inspiral。特别是，我们确定的二元参数标量化发生在后期inspiral或只有在发病后的合并时，一个残余的，超大质量或超大质量的中子星形成。我们还讨论了这些结果如何影响引力波一旦被检测到的物理信息的提取。
2013-10-04 astro-ph.HE gr-qc
Search for gravitational waves from the coalescence of sub-solar mass binaries in the first half of Advanced LIGO and Virgo's third observing run
我们提出了一个搜索的引力波从合并的太阳质量黑洞双星使用的数据从上半年的先进LIGO和处女座的第三次观测运行。观测到太阳质量以下的黑洞合并可能是原始起源的一个迹象;原始黑洞可能有助于暗物质的分布。我们寻找黑洞合并的主要质量是$0.1-7 M_{\odot}$和次级质量是$0.1-1 M_{\odot}$。各种各样的模型预测生产和合并的二进制包含原始黑洞，一些涉及动态组装，这可能会允许剩余偏心率进行观察。对于分量质量$>0.5 M_{\odot}$，我们还搜索偏心轨道中的源，在10 Hz的参考引力波频率下测量，直到$e_{10}\sim 0.3$。我们没有找到令人信服的候选者，并对原始黑洞合并的速率设定了新的上限。0.5-0.5（1.0-1.0）~ $M_{\odot}$来源的合并率为$<7100~(1200)$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$。我们的限制比以前的分析限制多$\sim3-4$倍。最后，我们展示了我们的限制可以用来约束任意模型的原始黑洞质量分布和合并率。
2021-09-04 astro-ph.HE gr-qc
General-relativistic rotation: self-gravitating fluid tori in motion around black holes
从第一性原理出发，我们得到了自引力盘围绕旋转黑洞的广义相对论开普勒转动定律。这是以前旋转定律的延伸，以前的旋转定律主要是为无自旋黑洞周围的环设计的。我们集成数值轴向固定爱因斯坦方程与自引力盘周围无自旋或自旋黑洞，其中包括有史以来第一次集成的开普勒自引力环面。这种结构可用于描述两颗中子星并合过程中产生的致密黑洞-环面系统或模拟致密活动星系核。
2018-05-30 gr-qc
Minimally modeled characterization method of postmerger gravitational wave emission from binary neutron star coalescences
本文在 coherentWaveBurst 框架下提出一种不依赖形态学的时频表征方法，通过能量比、光度匹配、加权中心频率和带宽区分双中子星并合后形成遗迹中子星或迅速坍缩为黑洞，并评估其随源距离变化的检测效率。
2023-04-25 gr-qc
Numerical evolution of the center of mass and angular momentum for binaries black holes
Kozameh-Quiroga（K-Q）的渐近方法为研究孤立引力辐射源的全局变量的演化提供了一个现代框架。我们测试的K-Q形式主义演变的质心，内禀角动量，和其他几个全球变量的运动方程，黑洞二进制合并。首先，我们使用来自$ψ_4$的RIT目录数值数据的777个模拟来发展运动方程[J. Healy和C.O. Lousto，Third RIT binary黑洞模拟目录，Phys. Rev. D 102，104018（2020）。然后，我们分析了质心的轨迹，并计算了合并发生后其他物理变量的最终状态。最后，我们从我们的运动方程得到的结果是一致的罗切斯特元数据。
2021-10-14 gr-qc
First frequency-domain phenomenological model of the multipole asymmetry in gravitational-wave signals from binary-black-hole coalescence
本文提出首个频域唯象模型，描述双黑洞并合引力波信号中多极不对称性，用于测量最终黑洞反冲及精确自旋信息，并已集成至LVK第四次观测运行所用模型。
2023-10-25 gr-qc
Astrophysics, cosmology, and fundamental physics with compact binary coalescence and the Einstein Telescope
目前正在建造的第二代干涉引力波探测器预计将在本十年内进行首次探测。这将坚定地确立引力波物理学作为一门经验科学的地位，并将开辟天体物理学、宇宙学和基础物理学的新纪元。通过第一次探测，我们将能够确定短硬伽马射线暴的性质，明确证实黑洞的存在，以完全独立的方式测量哈勃常数，并首次获得真正的引力强场动力学。因此，现在是时候考虑这个新领域的长期未来了。爱因斯坦望远镜（ET）是第三代引力波天文台的具体概念性提议，它在应变方面的灵敏度将是第二代探测器的10倍。这将使人们能够接触到宇宙学距离上的辐射源，并相应地提高探测率。我给出了ET的科学案例的概述，重点是从合并紧凑二进制文件发出的信号中可以学到什么。第三代天文台将使我们能够将合并率映射到红移z ~ 3，确定中子星和黑洞的质量函数，并对中子星状态方程进行精确测量。ET将使我们能够研究宇宙的大尺度结构和演化，而无需借助宇宙距离阶梯。最后，我将讨论它如何实现强场动态重力的高精度测量。
2013-03-29 astro-ph.CO gr-qc
On the gravitational wave background from compact binary coalescences in the band of ground-based interferometers
本文报道了对致密双星合并产生的引力波（GW）背景的综合研究。我们认为在我们的计算中，新的基于观测的中子星和黑洞的质量分布和完整的分析波形，包括后牛顿振幅校正。我们的研究结果表明：（ii）低于100 Hz时，背景主要取决于局部聚结速率$r_0$和平均啁啾质量，而与啁啾质量分布无关;（三）宇宙恒星形成速率和双星形成与合并之间的延迟时间的影响在100赫兹以下是线性的，可以用一个单一的（iv）高达50-100 Hz的能量密度参数$Ω_{GW}(f) ~ f^{2/3}$的简单幂律模型足以用作地基干涉仪的搜索模板。在背景信号的检测前景方面，我们表明：（i）检测（信噪比为3）的高级LIGO探测器（H1-L1）在一年的观测时间内需要中子星的合并速率为$r_0 = 3 (0.2) Mpc^{-3} Myr^{-1}$（二元黑洞）;（ii）对于两个共同定位的检测器，对$r_0$的这种限制可以降低3倍，而目前提议的世界范围先进仪器网络在可探测性方面仅提高了约30%;计划中的爱因斯坦望远镜灵敏度提高后，不仅可以可靠地探测背景，而且可以探测待测光谱的高频成分。最后，我们表明，亚阈值的二元中子星合并事件产生了强大的前景，这可能是一个问题，为未来的地面随机搜索的原始GW。
2013-03-10 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Radiatively inefficient accretion flows induced by gravitational-wave emission before massive black hole coalescence
研究了在引力波驱动下大质量双黑洞演化过程中的吸积流。在双星轨道由于与大质量环双星盘的相互作用而衰减之后，双星与环双星盘解耦，因为由于引力波的发射而导致的轨道衰减时标变得比在环双星盘的内边缘处评估的粘性时标短。在随后的演化过程中，吸积盘在潮汐半径处由于潮汐力矩的作用而被截断，并随着轨道的衰减而收缩。假设由这个过程改变的盘质量都是吸积的，当半长轴是几百个史瓦西半径时，盘的辐射效率变得很低。尽管辐射热光度很低，但高能辐射是在黑洞合并之前很久从每个黑洞周围的吸积盘中发出的，也是引力波信号。如果每个黑洞周围都有一个强的偶极磁场，那么同步加速器过程可以在很远的距离产生潜在的可观测的无线电辐射。在不等质量比双星中，由于次级黑洞盘的射电辐射比初级黑洞盘的射电辐射亮度高、持续时间短，所以在观测的光变曲线上可以看到台阶状的光变。这样的前兆不是单一黑洞系统所独有的，而是二元黑洞系统所独有的，这意味着二元黑洞最终会在没有吸积盘的情况下合并。
2010-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Numerical modelling of bulk viscosity in neutron stars
本文实现了Müller-Israel-Stewart二阶耗散相对论流体力学方程，通过非旋转中子星密度振荡与粘性迁移测试验证了代码，并模拟了双中子星合并，发现高体粘性可将动力学抛射质量抑制约5倍。
2025-03-04 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Multivariate Classification with Random Forests for Gravitational Wave Searches of Black Hole Binary Coalescence
对总质量为$\gtrsim25\,$ M $_\odot$的合并黑洞双星产生的引力波进行了匹配滤波。引力波探测器数据中的非高斯噪声爆发可以模拟短信号，并限制这些搜索的灵敏度。以前的搜索依赖于经验设计的统计数据，包括信噪比和基于信号的否决，以将引力波候选者与噪声候选者分开。我们报告使用来自监督机器学习算法的多变量候选人排名统计实现的灵敏度改进。我们应用随机森林的袋装决策树技术，在高质量的$\left( \gtrsim25\,\mathrm{M}_\odot \right)$参数空间中进行两次单独的搜索。对于一个搜索是敏感的引力波从螺旋，合并，和振铃（IMR）的二进制黑洞与$25\,$ M $_\odot$和$100\,$ M $_\odot$之间的总质量，我们发现灵敏的体积改善高达$70_{\pm 13}-109_{\pm 11}$ \%相比，以前使用的排名统计。对于振铃只搜索，这是敏感的引力波从所产生的扰动中间质量黑洞与质量大致之间的$10\,$ M $_\odot$和$600\,$ M $_\odot$，我们发现灵敏的体积改善高达$61_{\pm 4}-241_{\pm 12}$ \%相比，以前使用的排名统计。我们还报告了如何灵敏度的改善可以根据质量制度，质量比，和可用的数据质量信息而有所不同。最后，我们描述了用于调整和训练的随机森林分类器，可以推广到它的使用在其他搜索引力波的技…
2014-12-19 gr-qc
Fast gravitational waveform models for quasi-circular coalescences of neutron star--black hole binaries
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Universität Potsdam（波茨坦大学）；CNRS/IN2P3, Laboratoire de Physique Corpusculaire (LPC) UMR6534（法国国家科学研究中心/法国国家核与粒子物理研究所，核物理实验室）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
针对准圆、自旋对齐的中子星-黑洞双星，提出包含高阶模态的频域引力波波形模型IMRPhenomXHM_NSBH和SEOBNRv5HM_ROM_NRTidalv3_NSBH，并扩展至自旋进动情形，通过数值相对论模拟校准潮汐效应，在模拟信号和真实事件分析中优于先前模型。
2026-08-03 astro-ph.HE gr-qc
A unified approach to $χ^2$ discriminators for searches of gravitational waves from compact binary coalescences
我们描述了一个通用的数学框架$χ^2$歧视的上下文中的紧凑的二进制聚结搜索。我们表明，与任何$χ^2$相关联的向量丛的信号流形，也就是说，在数据段的函数空间中的信号波形跟踪出的流形。然后，将$χ^2$定义为投影到数据串的希尔伯特空间的有限维子空间（纤维）上并且与信号波形正交的数据向量的$L_2$范数的平方-任何这样的纤维导致$χ^2$流形，并且包括子空间和基流形的全向量丛构成$χ^2$流形。我们表明，到目前为止，在CBC搜索中使用的$χ^2$鉴别器对应于不同的纤维结构，构成不同的向量束上相同的基础流形，即参数空间。一般公式表示制定新的$χ^2$的程序，新的$χ^2$可以更有效地区分数据中常见的毛刺。它还表明，没有一个具有合理自由度的$χ^2$是万无一失的。它还可以帮助理解为什么传统的$χ^2$工作得如此之好。作为一个例子，我们提出了一个家庭的模糊性$χ^2$歧视，是一种替代传统的。任何这样的模糊性$χ^2$都利用模板库的滤波输出，因此对整个搜索增加了可忽略的成本。我们测试的性能模糊度$χ^2$模拟数据使用无自旋泰勒F2波形。我们表明，模糊性$χ^2$基本上给出了一个干净的毛刺和信号之间的分离。最后，我们研究了信号和模板之间的失配对$χ^2$的影响，并进一步指出了如何将模糊度$χ^2$推广到相干观测的检测器网络。
2017-11-01 gr-qc
Searches for Gravitational Waves from Binary Neutron Stars: A Review
新一代的天文台正在寻找引力波。这些由高度相对论性系统发射的波，一旦被探测到，将为观测宇宙打开一扇新的窗口。对于这些天文台来说，最有希望的引力波来源是在合并前最后几分钟的致密双星。本文简要介绍了中子星双星发射的引力波的干涉探测，包括理论、实现和方法。迄今尚未发现任何此类情况。然而，对合并率的最佳直接观测极限已经确定，仪器和分析方法继续朝着定义引力波天文学新领域的最终目标进行改进。
2007-12-15 gr-qc
A Three-Stage Search for Supermassive Black Hole Binaries in LISA Data
来自质量约为10^6 Msun的超大质量黑洞（SMBH）双星的内旋和合并的引力波可能是激光干涉仪空间天线（LISA）的最强源之一。我们描述了一个三阶段的数据分析管道，旨在搜索和测量LISA数据中的SMBH二进制文件的参数。第一阶段采用时频跟踪搜索方法搜索inspiral信号，粗略估计黑洞质量m_1，m_2和双星合并时间t_c。第二阶段使用由第一阶段播种的匹配滤波器模板库的序列，以提高质量和聚结时间的测量精度。最后，使用马尔可夫链蒙特卡罗搜索来估计二进制的所有九个物理参数。使用第二阶段的结果大大缩短了马尔可夫链老化时间，并允许我们在开始参数估计之前确定数据中SMBH二进制信号的数量。我们展示了我们的分析管道使用模拟数据从第一个LISA模拟数据挑战。我们讨论我们的计划，以改善这一管道和挑战，将面临真正的LISA数据分析。
2007-04-19 gr-qc
A Mass-Shell Model of Compact Binary Coalescence
本文提出致密双星并合的质量壳模型，通过变分方法推导引力波能量，揭示其与 chirp 质量的非系统性关系，并通过比较分析提供更精确的 GW150914 能量估计。
2025-11-27 gr-qc hep-th
Learning about black hole binaries from their ringdown spectra
两个黑洞的合并会产生引力波，这些引力波携带着关于这些黑洞及其二元结构的详细信息。最后的合并周期是以{ \it振铃}的形式出现的：合并后的残余黑洞的准正常模式的叠加。每种模式都有一个振荡频率和衰减时间，在广义相对论中，这是由残骸的质量和自旋决定的。测量多种模式的频率和衰减时间，可以测量残骸的质量和自旋，并根据引力理论的预测来测试波。在这封{ \it Letter}中，我们证明了这些模式的相对振幅编码了关于二进制{ \it几何}的信息。专注于大质量比的限制，这提供了一个简单易用的工具，有效地探索参数空间，我们演示了如何二进制的几何编码在这些模式的相对振幅，以及如何参数化的模式在此限制。虽然还需要更多的工作来评估这种情况如何转移到不太极端的质量比，但我们的研究结果表明，测量聚结的多个振铃模式可能有助于测量重要的源属性，例如其成员的自旋和轨道的不对准。
2019-11-15 astro-ph.HE gr-qc
