An eccentric binary blackhole in post-Newtonian theory
双黑洞并合过程中辐射的引力波是研究强引力特性的理想探针。建立偏心双黑洞系统的数值相对论替代模型的先进技术被认为在现有和预期的引力波探测器中变得更加关键。双星并合产生的引力波在观测数据上的印记，加强了对两体系统的研究。本研究的目的是提出一个概述的变化特征行为的分层大质量天体合并，这是早期宇宙的数据库。本文在后牛顿框架下对等质量和不等质量非自旋的旋入双黑洞系统进行了数值相对论模拟。我们还考虑了初始偏心系统的偏心率随时间的演化。将偏心后牛顿方程展开为频率相关变量$x = (M ω)^{2/3}$的形式。该模型仅限于（2，2）自旋加权球谐模。结果表明，当偏心率和质量比较大时，轨道半径和偏心率都存在较大的振荡。
2022-03-01 gr-qc
A template bank to search for gravitational waves from inspiralling compact binaries: II. Phenomenological model
匹配滤波被用来搜索地面干涉仪数据中由吸入致密双星发射的引力波。检测过程的一个关键方面是部署一组模板，也称为模板库，以覆盖参数空间的天体物理学感兴趣的区域。在一篇配套论文中，我们描述了用于分析LIGO数据的模板库算法，以搜索由中子星和/或恒星质量黑洞组成的非旋转双星的信号;该模板库基于物理模板族。在本文中，我们描述的唯象模板库，用于搜索引力波从非旋转的黑洞双星（从恒星质量形成）在第二，第三和第四LIGO科学运行。我们简要地解释了银行的设计，其模板是基于现象学检测模板家庭。我们表明，该模板库提供匹配大于95%的物理模板的家庭，预计将被捕获的现象学模板。
2007-09-07 gr-qc
Repeated Bursts: Gravitational Waves from Highly Eccentric Binaries
由动力学相互作用形成的致密双星一般具有非零的轨道偏心率。来自这类双星的引力波可以根据偏心率的大小而发生剧烈的变化，从低偏心率的轨道谐波的一个子集中发射，到大偏心率的近心点通过时被集中成强烈的辐射爆发。来自这种高度偏心双星的引力波为探索基础物理学提供了一个有趣的系统，但在检测方面也提出了有趣的挑战。引力波信号中存在的轨道偏心率提供了确定双星起源的明确方法，而近心点通过的高度动力学性质通常增强了与物质和引力相关的物理学。重复的突发信号的忠实模型的生成已被证明是具有挑战性的，并且经常考虑诸如功率叠加的次优检测策略用于检测。本章回顾了我们目前对偏心双星的理解，对它们的引力波发射建模的主要努力，以及可以通过这些探测来探测的物理学。
2021-08-16 gr-qc
The Effect of Eccentricity on Searches for Gravitational-Waves from Coalescing Compact Binaries in Ground-based Detectors
螺旋形的致密双星预计会在其引力波信号到达地面探测器的敏感频带之前循环。因此，目前使用LIGO和Virgo探测器从致密双星中搜索引力波的方法是使用圆形模板来构建匹配滤波器。二元形成模型已经提出，这表明，一些系统可检测的LIGO-Virgo网络可能有不可忽略的偏心率。我们调查的能力，限制3.5后牛顿阶泰勒F2模板银行，用于LIGO和处女座的质量$M \le 35 M_\odot$，从紧凑的二进制搜索引力波，检测二进制与非零偏心率。本文采用Hinder \emph{et. al.} [I]提出的$x$模型后牛顿形式，模拟了偏心双星的引力波。Hinder，F. Hermann，P. Laguna，and D. Shoemaker，arXiv：0806.1037v1]。我们发现，小的剩余偏心率（$e_0 \lesssim 0.05$在40赫兹）不显着影响目前的LIGO搜索的能力，以检测引力波从合并的紧凑的二进制与总质量$2 M_\odot < M < 15 M_\odot$。对于偏心率$e_0 \gtrsim 0.1$，由于偏心率导致的匹配滤波器信噪比的损失可能是显著的，因此将需要包括偏心效应的模板来对这种系统执行最佳搜索。
2010-02-15 gr-qc
Testing dispersion of gravitational waves from eccentric extreme-mass-ratio inspirals
在广义相对论中，引力波不存在色散，而一些修正的引力理论预测了引力波传播中的色散现象。在本文中，我们证明了这种分散将导致一个可观察到的波形偏差，如果轨道有大的偏心率。其机理是由于偏心率的存在，不同频率的波形模式会同时发射。在传输过程中，由于色散的存在，不同模式的到达时间会不同，从而产生波形相对于广义相对论的偏差和失相。星载探测器可以观测到这种与极端质量比吸气有关的色散现象，从而改善对引力子质量的约束。此外，我们发现，分散效应也可能受到地面探测器比目前的结果更好地约束，如果一个高度偏心的中间质量比吸气被观察到。
2020-01-16 gr-qc
Designing a template bank to observe compact binary coalescences in Advanced LIGO's second observing run
我们描述的方法和新技术用于构建一组波形，或模板银行，适用于搜索紧凑的二元聚结在先进的LIGO的第二次观测运行。该模板库适用于观测由两个中子星、两个黑洞或一个中子星和一个黑洞组成的系统。后牛顿公式用于模拟总质量小于4 $M_{\odot}$的波形，最新的有效单体模型，校准到数值相关性，包括合并和振铃，用于总质量大于4 $M_{\odot}$。忽略了自旋进动、物质、轨道偏心率和四极外辐射模的影响。与Advanced LIGO第一次观测运行中用于搜索紧凑双星合并的模板库相比，这里我们包括总质量高达数百个太阳质量的双星黑洞系统，从而提高了观测此类系统的能力。我们引入一种技术来改变波形滤波器的起始频率，使我们的银行可以同时包含二进制中子星和高质量的二进制黑洞波形。我们还引入了一个下限的滤波器波形长度，排除非常短的持续时间，高质量的模板，其灵敏度大大降低的干涉仪的特性和性能。
2017-05-04 gr-qc
Gravitational-wave template banks for novel compact binaries
本文提出用掩码自回归归一化流生成高维 BBH 引力波随机模板库，并验证其可高效覆盖进动及高阶模参数空间。
2024-01-22 gr-qc
Testing compact binary nature in eccentric orbits with third-generation detectors
Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院物理系）；Nikhef（尼赫夫国家粒子物理研究所）
该研究将对称SIQM检验扩展至偏心自旋对齐双星，利用后牛顿相位模型预测CE与ET的可测量性，发现偏心率影响非均匀，ET的低频偏心周期可提升测量精度，准圆模板库对中等偏心信号有效性不足，凸显考虑偏心率的重要性。
2026-10-14 gr-qc
Data Analysis Implications of Moderately Eccentric Gravitational Waves
虽然预期地面探测器可观测到的大多数引力波事件将是由准圆形轨道上的致密双星发射的，但越来越多的探测表明，在不久的将来有可能从轨道偏心率不可忽略的双星中探测到引力波。一些引力波模型包含了小轨道偏心率（$e \lesssim 0.2$）的影响，但这些模型可能不足以分析中等偏心率系统的波。我们最近开发了一个引力波模型，忠实地占偏心修正在中等偏心率制度（$e \lesssim 0.8$为某些源质量）在第三后牛顿秩序。在这里，我们认为数据分析的影响，这个特定的波形模型，通过生产和分析后验通过马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们发现，偏心率和源质量可以测量的精度可以增加2个数量级的偏心率的信号。我们还发现，低偏心率的信号可以确信地确定为偏心，只要他们的偏心率超过0.008（0.05）的低（高）质量系统，这表明偏心检测很可能首先来自低质量系统。我们完成了我们的分析，通过调查我们的后牛顿模型中固有的系统（错误建模）误差，发现对于信噪比为15的信号，系统误差低于低（高）质量系统高达0.8（0.5）的偏心率的统计误差。我们还调查了系统误差，所产生的使用模型，忽略偏心时的信号是真正的偏心，发现系统误差超过统计误差的偏心小至0.02的质量。
2019-10-03 gr-qc
Gravitational Wave Chirp Search: Economization of PN Matched Filter Bank via Cardinal Interpolation
由黑洞和/或中子星组成的致密双星演化的最后螺旋阶段是地面干涉引力波探测器网络可能观测到的最有可能的事件之一。在这个阶段发射的引力辐射将不得不通过匹配过滤（相关）探测器输出与一组几个$10^5$模板，使计算资源需要相当苛刻的噪音，虽然不是可怕的。我们提出了一种插值方法，用于评估模板波形和检测器输出之间的相关性，并表明该方法是有效的，大大减少所需的模板的数量。实际上，当模板库和任意信号之间的最小重叠（所谓的{ \it最小匹配}）为0.97时，所需的模板数量可以是比通常方法所需的小$\sim 4$的因子。该方法易于实现，各种探测器项目可能会受益于采用它，以减少计算成本的螺旋中子星和黑洞二分搜索。
2000-09-08 gr-qc
Improved Constraints on Modified Gravity with Eccentric Gravitational Waves
最近的引力波观测允许在极端重力状态下对广义相对论（GR）进行严格的新约束。虽然这些观测结果与没有轨道偏心率的致密双星一致，但一旦探测器达到其设计灵敏度，就可以观测到轻度偏心双星发射的引力波。本文以Jordan-Brans- Dicke-Fierz理论为例，研究了偏心率对修正引力理论中引力波约束的影响。利用定相近似和后圆近似（在小偏心率下的一种展开），我们首先构造了该理论中小偏心率致密双星旋入产生的频域引力波形的解析表达式。然后，我们计算我们的近似分析波形和偏心的数值模型（泰勒T4）之间的重叠，以确定前者的有效性（偏心率）的制度。有了这一点，我们进行了费舍尔分析，以确定精度，约旦-布朗-迪克-菲尔斯理论可以约束给定的未来偏心检测符合广义相对论。我们发现，理论上的约束最初恶化（由于偏心率和Brans-Dicke耦合参数之间的协方差），但随后它开始恢复，一旦偏心率大于约0.03。我们还发现，第三代地基探测器和天基探测器可以允许的限制，是一个数量级更严格的比目前的太阳系的界限。我们的研究结果表明，在修改后的重力与中等偏心率系统的波形应开发，以最大限度地提高理论物理，可以在未来提取。
2019-08-19 gr-qc
Fast prediction and evaluation of eccentric inspirals using reduced-order models
大量的理论预测的波形所需的匹配滤波搜索的引力波信号产生的紧凑的双合并。为了在不降低信号可检测性的情况下大大减轻引力波搜索和参数估计的计算负担，我们提出了一种新的降阶模型（ROM）方法，该方法应用于在高度或轻微偏心轨道上演化的源的绝热3PN精确螺旋波形。我们提供了一个奇异值分解为基础的减少基础的方法在频域中产生的任何引力波的降阶近似与可接受的精度和精度的参数范围内的模型。我们构建了有效的减少基地，包括一个相对较少的数量的最相关的波形在3维参数空间覆盖的模板银行（总质量$2.15M_{\odot} \leq M \leq 215M_{\odot}$，质量比$0.01 \leq q \leq 1$，和初始轨道偏心率$0 \leq e_{0} \leq 0.95$）。ROM设计用于预测aLIGO和aVirgo设计灵敏度的10 Hz至2 kHz频带内的信号。除了缓和数据减少，基准模板的更精细的采样提高了代理的准确性。通过评估低质量系统的替代物，特别是当与高偏心率相结合时，可以实现从数百到数千的加速比的显著增加。
2018-03-01 gr-qc
Gravitational waves from spinning eccentric binaries
本文介绍一个新的计算软件CBwaves，它提供了一个快速而精确的计算工具，用于确定一般自旋双星中子星和/或黑洞在偏心轨道上产生的引力波形。这是在后牛顿（PN）框架内通过整合的运动方程和自旋进动方程，而辐射场是由分析波形的同时评估确定的。在应用CBwaves各种物理上有趣的情况进行了研究。特别地，我们研究了绝热近似的适当性，并证明能量平衡关系确实对所应用的辐射反应项的具体形式不敏感。通过对偏心双星系统的研究，证明了即使它们具有微小的剩余轨道偏心率，圆形模板库在识别双星系统时也是非常无效的。此外，通过研究能量平衡关系的有效性，我们表明，与一般的预期相反，后牛顿近似不应该被应用，一旦后牛顿参数得到超过临界值$\sim 0.08-0.1$。最后，通过研究强偏心双星系统（例如在星系晕中的各种多体相互作用中可能形成的双星系统）发射的引力波的早期相位，我们发现它们具有非常特殊的特征，可以用来识别这类双星系统。
2012-06-29 gr-qc
Swarm-intelligent search for gravitational waves from eccentric binary mergers
针对现有引力波建模搜索依赖预计算模板库、成本高且难扩展参数空间的问题，提出基于粒子群优化的偏心致密双星并合搜索方法，经模拟信号验证可有效捕捉偏心率与自旋效应，还用于重分析部分引力波暂现源并合候选体。
2024-07-12 astro-ph.IM gr-qc
Spin effects in the phasing of gravitational waves from binaries on eccentric orbits
在这里，我们计算自旋轨道和自旋自旋耦合所需的精确计算的相位的引力波发射的可比质量的二进制偏心轨道上的第二后牛顿（PN）顺序。我们使用的准开普勒参数化的轨道发散的零偏心率限制。我们发现，自旋-自旋耦合引起的剩余偏心率的合并双星在2 PN，$10^{-4}$ - $10^{-3}$的顺序为超大质量黑洞双星在LISA带。自旋-轨道进动还导致偏心率演化的非平凡模式，这有助于减少在引力波测量中确定偏心率和自旋的误差。
2010-05-12 astro-ph.CO gr-qc
Effective one-body model for extreme-mass-ratio spinning binaries on eccentric equatorial orbits: testing radiation reaction and waveform
我们提供了一个系统的多极引力波形分析，能量和角动量通量发射的非自旋测试粒子轨道克尔黑洞沿赤道，偏心轨道。这些量通过在时域中数值求解Teukolsky方程来计算，然后用于测试和改进有效单体（EOB）模型的辐射反应（和波形）。偏心率被纳入EOB取代准圆牛顿（或领先的顺序）前置因子的EOB因式分解的多极波形（和通量）与它们的通用对应物。数值和分析量之间的比较进行了很大一部分的参数空间，特别是接近分界线和高偏心率的轨道。分析模型同意$\sim 1\%$与轨道的数值数据与中等偏心率（$e\lesssim 0.3$）和中等自旋（$\hat{a}\lesssim 0.5$），虽然这增加到$\sim 33\%$的大，正，黑洞自旋（$\sim 0.9$）和大偏心率（$\sim 0.9$）。对于中等偏心率，新的EOB通量可以用来驱动动力学通过非绝热过渡从偏心螺旋暴跌，合并和衰荡，从而提供了一个准确的描述合并。我们还表明，同样的技术可以应用于双曲相遇。在一般情况下，我们的方法辐射反应偏心吸气应被视为第一步EOB建模的极端质量比吸气波形的LISA。
2022-03-30 gr-qc
Can the gravitational waves emitted by Eta Carinae be detected?
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais（国家空间研究所）
本文提出利用脉冲星计时技术搜索船底座η星这一孤立强源发出的引力波，通过选择特定脉冲星并利用其高偏心率轨道产生的谐波来识别信号，并分析已有数据以验证探测可行性。
2026-10-05 gr-qc
Gravitational waveforms for spinning compact binaries
天体的自转和轨道的偏心率对双星的引力辐射有重要影响。本文主要研究自旋致密双星的引力波偏振态。我们认为偏心轨道和自旋轨道相互作用的二进制到1.5后牛顿秩序的方式是独立的参数化的轨道。包括角变量的运动方程。给出了偏振态的形式表达式，其中包括对波形的高阶修正。
2008-06-13 gr-qc
Mapping eccentricity evolutions between numerical relativity and effective-one-body gravitational waveforms
本研究针对偏心率定义模糊导致测量不一致的问题，通过28组偏心双黑洞数值相对论模拟，开发了偏心率演化测量流程，实现了模拟数据与有效单体模型间的偏心率可靠映射，助力偏心波形模型精度提升。
2024-11-04 gr-qc
Phasing of gravitational waves from inspiralling eccentric binaries
我们提供了一种方法，解析构造高精度的引力波信号发射的紧凑的双星在吸气偏心轨道上运动的模板。与模拟由螺旋{ \it circular}轨道发射的引力波信号的简单问题相比，它只包含两个不同的时间尺度，即与轨道运动和辐射反应相关的时间尺度，{ \it螺旋偏心}轨道的情况涉及{ \it三个不同的时间尺度}：轨道周期，近星点进动和辐射反应时间尺度。通过使用一种改进的“方法的变化的常数”，我们展示了如何结合这三个时间尺度，而不使通常的近似处理的辐射时间尺度作为一个绝热过程。我们明确地实现我们的方法在2.5PN后牛顿精度。我们的最终结果可以被看作是计算新的“后绝热”短周期贡献的轨道相位，或等效地，新的短周期贡献的引力波偏振，$h_{+,\times}$，这应该明确地添加到“后牛顿”的$h_{+,\times}$的扩展，如果一个治疗辐射效应的轨道相位后者在通常的绝热近似。我们的结果应该是重要的LIGO/VIRGO/GEO网络的地面干涉引力波探测器（特别是如果Kozai振荡变成显着的球状星团三胞胎），并为未来的天基干涉仪LISA。
2004-04-30 astro-ph gr-qc
Origin and Implications of high eccentricities in massive black hole binaries at sub-pc scales
本文概述了星系合并过程中形成的亚秒差距大质量黑洞双星的偏心率演化。在恒星和气体环境中，MBHB在进入引力波（GW）观测领域之前，预计会增长较大的轨道偏心率。我们重新访问预测的偏心率检测的空间激光干涉仪（作为拟议的ELISA/NGO）的两种环境。接近聚结时，许多MBHB仍将保持可检测的离心率，范围从<10^{-5}到<~ 0.5。恒星和气体驱动的动力学导致不同的分布，后者有利于更大的偏心率。在较大的二元分离，当发射的GWs将被观测到脉冲星定时阵列（PTA），预期的偏心率通常是相当大的，在0.01-0.7的范围内，这对信号建模和检测算法提出了一个重要的问题。在这个窗口中，大偏心率也有建议的电磁对应的GW信号，我们简要回顾的影响。
2011-11-16 astro-ph.CO gr-qc
On the Eccentricity Distribution of Coalescing Black Hole Binaries Driven by the Kozai Mechanism in Globular Clusters
在球状星团中，通过双星-双星相互作用可以产生三重黑洞系统。最近有人提出，Kozai机制可以驱动三重系统的内部双星在与其他场星的相互作用中断之前合并。我们定性地和数值地研究了这些双星在引力辐射（GR）作用下的偏心率演化。我们预测，当系统发射的引力波通过10 Hz频率时，约30%的系统具有>0.1的偏心率。讨论了对引力波探测的意义，特别是对宽带激光干涉仪引力波探测器数据分析的意义。
2002-11-22 astro-ph gr-qc
Constraining Gravity with Eccentric Gravitational Waves: Projected Upper Bounds and Model Selection
引力波使我们能够在高度动态的状态下检验广义相对论。虽然目前的观测结果与准圆形双星发射的电波一致，但偏心双星也可能在不久的将来产生可由地面和空间探测器探测到的信号。在这里，我们探讨如何测试广义相对论的规模与轨道偏心率的来源在inspiral紧凑的对象高达$e \sim 0.8$。我们使用一个新的，第三后牛顿精确，偏心波形模型的紧凑对象，这是足够快的贝叶斯参数估计和模型选择的inspiral，和高度准确的建模中度偏心inspirals。我们推导并结合了偏心修正，这个模型中引起的Brans-Dicke理论和爱因斯坦-牛顿-高斯-邦纳引力在领先的后牛顿秩序，这表明一个简单的偏心扩展参数化后爱因斯坦形式主义。我们探索的上限，可以设置在这些修改后的理论的耦合参数，通过置信区间和贝叶斯因子为基础的方法，使用马尔可夫链蒙特卡罗和跨维，可逆跳，马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们发现投影约束与信号源与$e \sim 0.4$是一个数量级强于那些准圆双星在先进的LIGO。特别是，在设计灵敏度检测到的偏心引力波应该能够约束的Brans-Dicke耦合参数$ω\gtrsim 3300$和高斯-Bonnet耦合参数$α^{1/2} \lesssim 0.5 \; {\rm{km}}$在90%的置信度。虽然对$ω$的投影约束比当前其他约束弱，但对$α^{1/2}$的投影约束比当前引力波约束强10倍。
2020-02-13 gr-qc
Eccentric Pairs: Analytic Gravitational Waves from Binary Black Holes in Elliptic Orbits
本文在 Wolfram Mathematica 中实现偏心双黑洞并合的全解析引力波模板，结合六阶PN旋近与BoB并合模型，改进低偏心率匹配并修正高偏心率振幅。
2022-10-27 gr-qc
Gravitational waves from inspiralling compact binaries: hexagonal template placement and its efficiency in detecting physical signals
利用匹配滤波方法，从地面干涉仪观测数据中寻找由螺旋型致密双星发射的引力波。检测过程的一个关键方面是设计一个模板库，涵盖天体物理学相关的参数空间。在早期的论文中，我们描述了一个模板银行，是基于一个正方形晶格。虽然强大的，我们表明，广场的位置是过于有效的，这意味着它是计算上的要求比所需的。在本文中，我们提出了一个模板银行的基础上，六边形晶格，其大小减少了40%，相对于建议的正方形放置。我们描述的六边形模板银行的实施，其大小和计算成本的实际方面。我们还进行了详尽的模拟，以表征其效率和安全性。我们表明，银行是足够的搜索各种各样的二元系统（原始黑洞，中子星和恒星质量的黑洞）和数据从当前的探测器（初始LIGO，处女座和GEO600）以及未来的探测器（先进的LIGO和EGO）。值得注意的是，尽管我们的模板库放置使用了由特定模板家族产生的度量，即固定相近似，但我们表明它可以成功地用于其他模板家族（例如，Pade重算和有效的单体近似）。这种对不同模板族有效的性质使得所提出的库适合于并行使用其中的几个模板族的搜索（例如，在二元黑洞搜索中）。本文所描述的六边形模板银行目前用于搜索非自旋inspiralling紧凑的双星的数据从激光干涉仪引力波天文台（LIGO）。
2007-06-29 gr-qc
Accuracy of source localization for eccentric inspiraling binary mergers using a ground-based detector network
引力波参数估计和源定位问题是引力波天文学中的关键问题。在第二代地基探测器的灵敏度波段内，致密双星聚结体发射的引力波可能具有不可忽略的偏心率。因此，研究双星源的偏心率如何影响和提高其定位精度（和信噪比）是一个有趣的课题。在这项工作中，我们继续调查这种效果与增强postcircular波形模型。利用Fisher信息矩阵方法，我们确定了三个地基探测器网络的源定位精度。正如预期的那样，源定位的准确性大大提高了网络中的更多检测器。我们发现，精度也显着增加偏心率的大总质量（$M\ge 40M_\odot$）二进制与所有三个网络。对于小总质量（$M<40 M_\odot$）的双星，这种影响可以忽略不计。对于较小的总质量（$M<5 M_\odot$）双星，在某些方向上，随着偏心率的增加，精度甚至会更差。这一现象主要是由于偏心率增加所引起的高次谐波模的频率与探测器的灵敏带宽的一致性。对于$100 M_\odot$黑洞双星，当偏心率从$0.0$增加到$0.4$时，改进因子一般约为$2$.对于$22 M_\odot$黑洞双星和$2.74 M_\odot$中子星双星，改进因子小于$1.1$，在某些方向上可能小于1。
2019-12-10 gr-qc
Semianalytic Sensitivity Estimates for Out-of-Bank Gravitational-Wave Signals
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学理论天体物理研究所）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；David A. Dunlap Department of Astronomy, University of Toronto（多伦多大学大卫·A·邓普尔天文学系）
开发一种快速半解析近似方法，利用拟合因子估计匹配滤波搜索对模板库中未建模物理效应的灵敏度，并验证其对自旋双中子星、偏心轨道及广义相对论偏离的适用性。
2026-06-15 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Effect of Ignoring Eccentricity in Testing General Relativity with Gravitational Waves
本研究针对当前广义相对论引力波检验采用准圆轨道波形模型的局限，分析四种标准检验对偏心双黑洞信号的响应，发现偏心率会导致显著的广义相对论偏差误判，强调检验需排除偏心双黑洞的可能性。
2023-08-29 gr-qc
Accurate and efficient waveforms for compact binaries on eccentric orbits
在地面探测器的灵敏度波段内发射引力波的致密双星在合并之前可能具有不可忽略的偏心率，这取决于形成的情况。我们建立了一个纯解析的频域模型，用于计算小偏心率轨道上致密双星发射的引力波，在零偏心率下，该模型简化为准圆后牛顿近似TaylorF 2，在小偏心率下，简化为Yunes等人（2009）的后圆近似。我们的模型使用的频谱近似（后牛顿）开普勒问题的轨道相位作为频率的函数建模，占离心率的影响高达${\cal{O}}(e^8)$在每个后牛顿秩序。我们的方法准确地再现了另一种时域偏心波形模型的偏心率$e\in [0, 0.4]$和二进制的总质量小于12太阳质量。作为一个应用程序，我们评估的信号振幅，偏心双星产生在不同的网络现有的和即将到来的引力波探测器。假设一个包含黑洞和中子星的偏心系统在共同运动的体积中均匀分布，我们估计第二代探测器，如先进的LIGO，每年可以探测到大约0.1-10个红移$z\sim 0.2$的事件，而爱因斯坦望远镜探测器阵列每年可以探测到数百个红移$z \sim 2.3$的事件。
2014-10-14 astro-ph.HE gr-qc
A Proposed Search for the Detection of Gravitational Waves from Eccentric Binary Black Holes
在发射的引力波频率进入地基干涉仪探测器的灵敏度波段之前，大多数致密双星系统都被认为是圆化的。然而，已经提出了几种形成双星系统的机制，它们在整个生命周期中都保持着偏心率。由于没有匹配滤波算法已开发出提取连续GW信号从紧凑的双星轨道上具有低到中等值的偏心率，和现有的算法来检测准圆轨道上的双星是次优的，以恢复这些事件，在本文中，我们提出了一种搜索方法检测的引力波的偏心二进制黑洞（eBBH）的合并产生的。我们研究的搜索灵敏度和虚警率的一段数据从第二次联合科学运行的LIGO和处女座探测器，并讨论了偏心二进制搜索先进的GW探测器的影响。
2015-11-30 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Motion and gravitational wave forms of eccentric compact binaries with orbital-angular-momentum-aligned spins under next-to-leading order in spin-orbit and leading order in spin(1)-spin(2) and spin-squared couplings
本文给出了自旋致密双星第二类后牛顿（PN）精确运动方程解的准开普勒参数化，其中包括首阶自旋-自旋和次首阶自旋-轨道相互作用。紧凑的对象的旋转变形被合并。对于任意质量比，自旋方向被认为与轨道角动量矢量平行或反平行。给出了直到2 PN点粒子、1.5PN自旋轨道和1 PN自旋-自旋贡献的发射引力波的解析形式，其中自旋按0 PN级计数。
2013-08-29 astro-ph.HE gr-qc
Space-based Gravitational Wave Observatories Will Be Able to Use Eccentricity to Unveil Stellar-mass Binary Black Hole Formation
本文构建首个含偏心率的天基引力波存档搜索模板库，证明其计算成本虽高但在未来天基天文台时期可行，可约束恒星级双黑洞形成通道。
2024-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity or spin precession? Distinguishing subdominant effects in gravitational-wave data
Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（引力波发现ARC卓越中心）；Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Universitá degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学“G. Oc恰利尼”物理系）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；School of Physics and Astronomy & 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学研究所）；Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma1（罗马智慧大学物理系及意大利国家核物理研究所罗马一分部）
研究通过模拟分析，探讨了引力波数据中偏心率与自转进动的区分条件，发现对于某些源类型，无法可靠区分两者。
2023-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Frequency space derivation of linear and non-linear memory gravitational wave signals from eccentric binary orbits
本研究利用场论方法计算偏心椭圆与双曲线双星轨道的散射振幅，直接在频域得到线性与非线性记忆引力波信号的波形及能谱，发现双曲线轨道线性记忆含log(ω)项，为引力波数据信号提取提供了频域模板。
2024-04-16 gr-qc hep-ph
Stochastic Background of Gravitational Waves Generated by Eccentric Neutron Star Binaries
双星系统以一种众所周知的模式发射引力波;对于圆形轨道上的双星，发射的辐射频率是轨道频率的两倍。然而，在偏心轨道上的系统也会发出高次谐波的引力辐射。本文研究了起源于宇宙学的双中子星系统在偏心轨道上产生的引力波的随机背景。我们特别考虑长寿命的系统，也就是说，这些双星的合并时间长于哈勃时间（$\sim 10$ Gyr）。因此，我们考虑双中子星的轨道频率范围从$10^{-8}$到$2\times 10^{-6}$ Hz。虽然在文献中，一些文件考虑了偏心双星产生的光谱，仍然有空间的替代方法来计算的背景。在本文中，我们使用的方法，包括在总结的频谱，将产生的每个谐波分别以获得总的背景。这种方法使我们能够清楚地获得每个谐波对光谱的影响。此外，我们考虑了不同的偏心率分布函数，以研究它们对产生的引力波背景的影响。最后简要讨论了天基引力波天线和脉冲星定时阵对该背景的探测能力。
2015-04-09 astro-ph.CO gr-qc
Stochastic template banks for GW searches using low-discrepancy sequences
Indian Institute of Technology Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
研究致密双星并合引力波搜索中随机模板库覆盖问题，提出用低差异序列构建随机模板库，可减少提议点数量，降低内存使用和簿记工作，为引力波搜索的随机模板库生成提供简单可扩展改进。
2026-10-07 astro-ph.CO gr-qc physics.comp-ph
Prospects for detecting gravitational waves from eccentric subsolar mass compact binaries
由于它们的小质量，太阳下质量的黑洞双星必须是原始的起源，而不是恒星演化的结果。在早期宇宙形成后不久，原始黑洞就可以在与宇宙膨胀脱钩后形成双星。或者，原始的黑洞作为暗物质也可以在宇宙晚期由于动力学相遇和引力波制动而形成双星。这个通道的一个重要特征是，一些源在LIGO/Virgo波段保持非零偏心率的可能性。假设所有的暗物质都是具有δ函数质量分布的原始黑洞，在这个宇宙后期通道中形成的$1M_\odot-1M_\odot$二进制可以被高级LIGO和Virgo检测到，其设计灵敏度为$\mathcal{O}(1)$/年，其中$12\%(3\%)$事件的偏心率为10 Hz，$e^\mathrm{10Hz}\geq0.01(0.1)$，并且未检测到可以限制该模型内的二进制形成率。第三代探测器将有望在这个通道内探测到像$0.01 M_\odot$一样轻的太阳下质量偏心双星，如果它们占了暗物质的大部分。此外，我们使用模拟的引力波数据来研究使用具有高级LIGO设计灵敏度的准圆形波形模板库搜索偏心引力波信号的能力。对于匹配滤波目标搜索，假设双星的δ函数质量为$0.1(1)M_\odot$，并且偏心率分布来自这个宇宙后期形成通道，由于偏心率导致引力波信号的失配，与理想检测率相比，信号的$41\%(6\%)$将被错过。
2021-05-27 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity of Long Inspiraling Compact Binaries Sheds Light on Dark Sirens
引力波的定域性和距离推断是暗警报作为宇宙学、天体物理学和基础物理学的精确探测器的两个关键因素。本文首次研究了偏心致密双星在中频（0.1- 10 Hz）波段发射的引力波的参数估计。基于一个DECIGO星系团（B-DECIGO）的结构，我们模拟了GWTC-3中五种典型的致密双星，其质量从$\mathcal{O}(1\sim100)~M_{\odot}$到10000000。对于每种类型的二进制文件，我们分配离散的偏心率从0到0.4，在0.1赫兹的$10^3$随机取向。偏心引起的多次谐波可以打破参数间的简并性。我们发现，偏心$e_0=0.4$，这些典型的二进制文件可以实现$\mathcal{O}(10^2-10^4)$改善的距离推断在近面对面的方向，相比圆形的情况。更重要的是，非零偏心率（$0.01\sim0.4$）可以显着改善典型的二元黑洞的源定位，大多数由$1.5\sim{3.5}$数量级。我们的结果表明，偏心率的显着意义的暗塞壬在中波段作为宇宙的精确探测器。
2022-10-31 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
A Parametrized post-Einsteinian Framework for Gravitational Wave Bursts
恒星质量的人口，紧凑的物体二进制合并与不可忽略的偏心率可能是大到足以激励搜索与地面引力波探测器。这样的事件可能是特殊的实验室，以测试广义相对论在动力学，强场制度，作为一个更大的部分能量是在高速发射，相比准圆形的吸气。然而，这里的一个严重障碍是计算偏心系统的理论波形的挑战，具有用于匹配滤波器搜索的必要精度。相应的波形与其说是一个连续的波形，不如说是一个在近拱点附近发射的能量集中爆发序列。基于此，最近提出了一种替代方法，即在与突发一致的时间-频率瓦片集合上堆叠过量功率，作为更实用（尽管次优）的检测策略。从这样的检测中推断出的前导顺序“可观测”将是表征每个时间-频率瓦片的位置和大小的离散数字的序列。在广义相对论中，这个（可能很大的）数字序列是由描述二进制形成时的一小部分参数唯一确定的。在这项工作中，根据准圆形inspiral开发的参数化后爱因斯坦框架的精神，我们提出了一个简单的，参数化变形的基线广义相对论爆发算法偏心inspiral事件，将允许模型独立的测试爱因斯坦的理论在这个高速，强场制度。
2017-10-02 astro-ph.HE gr-qc
Ready-to-use analytic model for gravitational waves from a hierarchical triple with Kozai-Lidov oscillations
由三重系统中的内双星发射的引力波是空间探测器（如激光干涉仪空间天线，LISA）的有趣天体物理候选者。当存在第三体时，如超大质量黑洞，由中等质量黑洞组成的内双星可以由于Kozai-Lidov机制而经历偏心率和倾角的振荡。在这项工作中，我们构造解析引力波形的傅立叶域，考虑到Kozai-Lidov效应在牛顿（领先）秩序。使用多尺度分析，我们利用时间尺度的可分性结合Kozai-Lidov振荡和辐射反应的影响。我们假设小偏心率和目前的解析解的其他轨道要素的演变。我们的解析计算可以系统地推广到更高阶的偏心率，并可用于构建激励合并衰荡模型。波形上的印记，由于这种组合的演变，计算下的静止相位近似。我们发现振荡在波形的傅立叶振幅上留下了清晰的签名，同时在引力波相位上留下了可测量的印记，并且我们的分析结果与数值结果一致。此外，我们的研究的天体物理参数的层次三元组，我们概述了潜在的源候选人，随着引力波数据分析的潜在影响。
2022-03-09 gr-qc
Gravitational waves from neutron star excitations in binary inspirals
在混合中子星-黑洞系统的双星内旋背景下，研究了轨道运动对中子星振荡模的激发。我们研究了一般的偏心轨道，并表明潮汐相互作用可以激发的f-模式振荡的恒星通过计算的能量和角动量沉积到恒星的轨道运动潮汐力通过封闭形式的解析表达式。我们使用最近的微观核状态方程研究冷中子星的f-模式振荡，并计算它们对发射的引力波的影响。
2017-05-12 gr-qc
ESIGMAHM: An Eccentric, Spinning inspiral-merger-ringdown waveform model with Higher Modes for the detection and characterization of binary black holes
本文提出了时域波形模型ESIGMAHM，通过结合后牛顿理论与数值相对论模拟，对中等偏心自旋双黑洞的旋进、并合和铃宕过程及高阶谐波进行建模，并证实其在提升下一代探测器引力波探测精度与降低信噪比损失方面的关键作用。
2025-04-30 astro-ph.HE gr-qc
Complete waveform model for compact binaries on eccentric orbits
我们提出了一个时域波形模型，描述的inspiral-merge-ringdown（IMR）的紧凑的二元系统，其组件是非自旋，并在轨道上发展具有低到中等偏心率。用三阶后牛顿方程描述了双星的运动方程及其远区辐射场的内旋演化。这后一部分还包括瞬时、尾部和尾部的贡献，以及由于非线性记忆而产生的贡献。这个框架减少到后牛顿近似泰勒T4在第三后牛顿秩序的零偏心极限。为了提高相位精度，我们将高阶后牛顿修正的准圆双星的能量通量和引力自作用力修正的紧密双星的结合能。这种增强的螺旋进化处方相结合的合并振铃进化的分析处方，使用一个目录的数值相对论模拟。该IMR波形模型再现了零偏心极限下质量比在1到15之间的系统的有效单体波形。使用一组偏心的数值相对论模拟，在校准过程中没有使用，我们表明，我们的偏心模型准确地再现了偏心紧凑的二进制合并的整个合并的功能。使用这个模型，我们表明，可以有效地恢复的引力波瞬变GW 150914和GW 151226与模板银行的准圆形，自旋对齐的波形，如果这些系统的偏心率$e_0$时，他们进入aLIGO频段在引力波频率为14 Hz满足$e_0^{\rm GW150914}\leq0.15$和$e_0^{\rm GW151226}\leq0.1$。
2017-02-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Black hole triple dynamics: breakdown of the orbit average approximation and implications for gravitational wave detections
在球状星团致密核中形成的并合黑洞双星有望成为下一代地面激光干涉仪最亮的引力波辐射源之一。合并的有利条件是由Kozai共振发起的，其中与第三个遥远的物体，通常是另一个BH的引力相互作用，引起内部BH二进制偏心率的准周期变化。在本文中，我们进行高精度N体模拟的长期演变的层次BH三元组和调查的条件，导致合并的BH二进制和它可能成为一个可观测的GW辐射源的方式。我们发现，长期的轨道平均治疗，在以前的作品中采用，不可靠地描述这些系统的动力学，如果二进制是由外BH在一个高度倾斜的轨道上在一个中等的距离。在Kozai周期的高偏心率阶段，由于外BH的扭矩可以在双星轨道周期的一小部分内将双星驱动到非常大的偏心率。这发生在相对论项对演化变得重要之前，并且允许二进制GW信号在高偏心率下达到大GW频率（>~10 Hz）。我们发现，在GCs中由Kozai机制驱动的合并BH双星中，当它们在地基激光干涉仪的频带中首次啁啾时，约50%的合并BH双星的偏心率大于0.1，其中10%的合并BH双星是极端偏心的，（1-e）<~10^-5。这意味着，如果使用常规的准圆形模板来分析GW探测器数据，则可能会错过很大一部分这样的GW源。因此，在GC中的所有合并BH二进制文件的有效检测将需要模板库的偏心inspiral波形匹配过滤和专用的搜索策略。
2013-11-15 astro-ph.HE gr-qc
A study of the Inspiral-Merger-Ringdown Consistency Test with gravitational-wave signals from compact binaries in eccentric orbits
本研究通过注入实验表明，偏心引力波信号在残余偏心率≥0.04时会导致准圆形波形下的IMRCT虚假违反，凸显了精确偏心波形模型在广义相对论检验中的必要性。
2024-07-18 astro-ph.HE gr-qc
Periodic line-of-sight velocity-driven modulations to gravitational waves emitted by compact binaries in Keplerian outer orbits
Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文与天体物理中心）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学加拿大理论天体物理研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院）
研究超大质量黑洞附近致密双星并合质心因周期性视线速度产生的引力波调制，给出波形相位和幅度校正，通过费希尔矩阵分析预测探测器对相关环境的约束，相比近似方法，所得约束显著改善。
2026-07-17 astro-ph.HE gr-qc
Extracting Astrophysical Information of Highly-Eccentric Binaries in the Millihertz Gravitational Wave Band
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Mani L. Bhaumik Institute for Theoretical Physics, Department of Physics and Astronomy, UCLA（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系马尼·L·巴乌米克理论物理研究所）；LIGO Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院LIGO实验室）；Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）；RESCEU, The University of Tokyo（东京大学RESCEU）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Parks Road, Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学物理与天文学系）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校天文与天体物理学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（西蒙斯基金会平顿研究所计算天体物理中心）
本研究通过分析高偏心致密双星在毫赫兹频段的引力波信号，展示了如何精确测量其轨道参数，并评估了LISA探测器的实际可探测性。
2026-05-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Accounting for Tidal Deformability in Binary Neutron Star Template Banks
本文提出构建双中子星引力波模板库的新方法，将潮汐形变度纳入搜索参数，并采用受质量和GW170817状态方程约束的物理先验，把额外模板占比由33%降至8.2%。
2025-09-29 astro-ph.HE gr-qc
Evidence for eccentricity in the population of binary black holes observed by LIGO-Virgo-KAGRA
本研究利用机器学习代码DINGO分析LVK观测的57个引力波事件，通过含偏心参数的波形模型发现部分事件存在显著轨道偏心率证据，证实了动力学双星形成通道并强调了偏心参数在双黑洞特征描述中的重要性。
2024-08-27 astro-ph.HE gr-qc
Post-Newtonian-accurate pulsar timing array signals induced by inspiralling eccentric binaries: accuracy, computational cost, and single-pulsar search
本文比较了计算偏心超大质量黑洞双星引发的PTA信号的多种方法，发现近似解析表达式在保证精度的同时速度提升约50倍，并引入基于样条的方法加速窄带数据集评估，已集成至GWecc.jl和ENTERPRISE包，并在NANOGrav数据中验证了单脉冲星搜索效率。
2023-06-27 astro-ph.IM gr-qc
Gravitational waves from binaries on unbound orbits
本文介绍了一种广义真反常型参数化，它便于描述广义相对论中两体系统的束缚轨道和开轨道。本文给出了考虑一阶后牛顿（1PN）的二元系统的径向和角向方程随时间演化的完整描述。在1PN近似下计算了该系统辐射的引力场，其中包含了超过标准四极项的更高的多极矩。在时间域中的引力波形明确给出了1PN阶的未束缚轨道，但结果也说明了在椭圆轨道上的双星，特别注意偏心率的影响。
2010-09-25 gr-qc
Resonant excitation of eccentricity in spherical extreme-mass-ratio inspirals
本文研究非Kerr黑洞时空中球形EMRI穿越共振时的偏心率激发，揭示其可逆转圆化并调制引力波谐波，为检验非Kerr性提供信号标志。
2024-11-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Template Mode Hierarchies for Binary Black Hole Mergers
匹配滤波是一种流行的数据分析框架，用于搜索由致密天体双星发射的引力波信号。在匹配滤波搜索中使用的模板主要由四极模式构造，因为该模式是能量上最占主导地位的信道。然而，对于高度进动的双星或具有适度大质量比的双星，高阶模式也具有显着的功率。我们调查如何在模板中包含更高的模式增加探测引力波的前景。具体来说，我们使用数值相对论波形从晚inspiral和合并的二进制黑洞，以确定模式的层次结构，覆盖天空的二进制方向。我们表明，在这些层次结构中的顺序取决于二进制系统和模式强度的特性。我们的研究表明，检测适度高进动或不平等的质量二进制需要包括更高的模式在模板银行。
2013-08-12 gr-qc
Horizon absorption in eccentric precessing binary black hole inspirals and its importance for gravitational wave data analysis
Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）；Atmospheric Research and Instrumentation Branch, National Institute for Aerospace Technology (INTA)（国家航空航天技术研究院大气研究与仪器分支）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））
首次在领头阶后牛顿近似下推导了偏心且自旋进动双黑洞旋进中视界吸收的效应，并将其纳入波形模型。分析表明，该效应在特定系统（大自旋分量、极端质量比、长旋进）中显著，偏心轨道可打破简并，使其在高信噪比事件中可测量。
2026-08-12 astro-ph.HE gr-qc
