Determining the progenitors of merging black-hole binaries
本文研究了一种通过引力波（GW）信号确定黑洞合并前体的可能方法。我们认为，测量的GW事件与重叠的星系目录的交叉相关性，可以提供一个额外的工具，以确定BH合并跟踪宇宙的恒星质量，因为预计从合并的端点的恒星演化。另一方面，如果黑洞是原始起源的，就像最近提出的那样，它们的合并将优先由低偏差的物体主持，因此与发光星系的互相关性较低。在这里，我们预测了当前和未来的GW探测器，如LIGO和爱因斯坦望远镜的互相关测量的预期精度。然后，我们预测如何以及这些仪器可以区分模型，确定高质量的BH-BH合并作为合并的原始黑洞，构成宇宙中的暗物质从更传统的天体物理学来源。
2016-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On Poynting-Flux-Driven Bubbles and Shocks Around Merging Neutron Star Binaries
相对论性致密天体（中子星和黑洞）的并合双星被认为是短伽马射线暴的起源和引力波的源，因此对它们的研究在天体物理学中具有重要意义。由于一个或两个双星成员的强磁场和高轨道频率，这些双星是坡印廷通量形式的强能量源（例如，磁场主导的外流，相对论轻子风，电磁波和等离子体波）。双星系统稳定的能量注入形成了一个充满物质的气泡（或空腔），它推动周围的等离子体，并可以在其中驱动冲击波。与点爆炸的Sedov-von Neumann-Taylor爆炸波解不同，这里的冲击波是由气泡内部不断增加的压力驱动的。我们从第一性原理计算的动力学和演化的泡沫和周围的冲击，并预测，这样的系统可以观察到的无线电源合并前后几个小时。在更晚的时间，冲击波预计会落在Sedov-von Neumann-Taylor解上，因此类似于爆炸。
2012-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
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
Detecting triple systems with gravitational wave observations
激光干涉引力波天文台（LIGO）最近发现了合并黑洞双星发射的引力波。我们研究未来的GW检测是否可以识别三重同伴合并二进制文件。这样一个三重伴星会导致GW信号的变化，这是由于（1）在围绕质心的轨道上沿着视线的路径长度变化，（2）相对论性波束、多普勒和引力红移，（3）三重伴星的引力场中“光”旅行时间的变化，以及（4）轨道要素的长期变化。我们发现，在LIGO频带中花费最长时间的低质量紧凑型天体双星，探测三重伴星的前景是最高的。特别是，对于合并中子星双星，LIGO可以检测到一个信噪比为8的白矮星或M-矮星扰动，如果它是在0.4太阳半径距离的双星和系统是在100 Mpc的距离。恒星质量（超大质量）的黑洞扰动可以在5倍（1000倍）的距离上被探测到。这样的微扰在轨道上合并的二进制发射GWs在1兆赫以上的频率可检测的激光干涉仪空间天线（LISA）的巧合。
2016-04-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Waves from Quasi-Circular Black Hole Binaries in Dynamical Chern-Simons Gravity
动力学陈-西蒙斯引力不能用目前的实验来强约束，因为它在弱场极限下归结为广义相对论。然而，这一理论引入了非线性动力学机制的修正，因此，它可能会受到来自黑洞双星后期螺旋的引力波的极大限制。我们完成了该理论中此类引力波的首次自洽计算。对于有利的自旋方向，先进的地面探测器可以将现有的太阳系约束改善6个数量级。
2020-01-02 astro-ph.CO gr-qc
Merging of Components in Close Binaries: Type Ia Supernovae, Massive White Dwarfs, and Ap stars
《Scenario Machine》（一种为研究密近双星演化而设计的计算机代码）被用来对各种各样的合并天体进行总体合成：主序星与主序星;白矮星与白矮星、中子星和黑洞;中子星与中子星和黑洞;我们计算了这类事件的发生率，并绘制了合并白矮星和主序星的质量分布图。结果表明，Ia型超新星只有经过大约10亿年的星系演化才能被用作标准烛光。在这一演化过程中，Ia型超新星的平均能量大约会降低10%; Ia型超新星的最大和最小能量可能相差不少于1.5倍。在估计宇宙加速的参数时应该考虑到这种情况。根据理论估计，最大质量的（通常是磁性的）白矮星可能是由质量较低的白矮星合并而成的。至少有一些磁性的Ap和Bp星可能形成于低质量主序星（小于太阳的1.5质量）与对流包层的合并中。
2009-01-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational Merging as a Possible Source for the Cosmological Accelerating
宇宙物体的引力合并（或集群）被认为是宇宙大尺度超加速的可能来源。宇宙天体的合并/成团在当前有效宇宙流体的状态方程中引入了一个修正项，其形式为$P=wρ+bρ^2$。结果，得到了包括过密区和欠密区的能量密度的替代关系式，该关系式与标准限值中的常规关系式一致。通过与气泡类比，宇宙流体中的低密度区域（空隙）被证明可以提供所需的负压。排除了暗能量状态方程$w$的观测约束，我们证明了与非合并宇宙气体相比，空洞的合并将在大尺度上充当额外加速的可能来源。
2019-05-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Determining the Hubble constant from gravitational wave observations of merging compact binaries
最近的观测已经积累了令人信服的证据，一些短伽马射线暴（SGRB）与合并的中子星（NS）双星。这将表明SGRB事件与引力波（GW）信号相关联，该信号对应于致密双星的最后螺旋。此外，NS双星合并产生的元素的放射性衰变可能导致在光学和红外线上可见的瞬态，峰值亮度在小时-天的时间尺度上。同时观测内旋引力波和电磁波段的特征，可以使我们直接独立地确定双星的光度距离和红移。这些标准塞壬（GW模拟标准烛光）有可能提供对低红移哈勃流的精确测量。此外，这些系统是绝对由广义相对论校准的，因此不经历传统标准烛光中发现的相同的天体物理系统学，测量也不依赖于距离阶梯。我们发现，15个可观察到的GW和EM事件应该允许哈勃常数使用包括先进的LIGO和Virgo的探测器网络以5%的精度进行测量。测量30个波束GW-SGRB事件可以将H_0约束到优于1%。当与标准高斯似然分析比较时，我们发现每个事件在H_0中的非高斯后验有助于减少NS个二进制合并系综在H_0中的总体测量误差。
2013-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detectability of Gravitational Waves from High-Redshift Binaries
最近没有从脉冲星定时阵列检测到引力波背景，这给超大质量黑洞双星的演化带来了进一步的不确定性。我们研究了当前引力波天文台探测单个双星的能力，并证明，与传统观点相反，有些双星在整个宇宙中原则上是可以探测到的。特别是，一个二进制的静止帧质量$\gtrsim10^{10}\,M_\odot$可以检测到当前的定时阵列在任意高的红移。同样的声明将适用于具有更敏感的未来数组的较小规模的二进制文件。因此，未来对纳赫兹引力波的研究可能会扩大到不断发展的高红移双星。我们计算的最大距离，可以观察到的脉冲星定时阵列和其他探测器，适当占红移和使用现实的二进制波形。
2016-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Evolution of Galaxy Star Formation and Metallicity: Impact on Double Compact Objects Mergers
我们研究了不同的星系统计和经验的金属丰度标度关系的合并率和紧凑的对象二进制文件的属性的影响。首先，我们分析了使用恒星形成率函数或恒星质量函数作为星系统计量来计算宇宙恒星形成率密度的异同。然后，我们研究了采用基本金属丰度关系或经典的质量金属丰度关系来分配具有给定性质的星系的金属丰度的效果。我们发现，当利用基本金属丰度关系，大部分的恒星形成发生在相对较高的金属丰度，甚至在高红移;相反的情况下，当采用质量金属丰度关系，因为在这种情况下，大多数恒星形成的金属丰度强烈减少与红移。我们讨论了产生这种差异的各种原因和可能的偏见。最后，我们表明，这些不同的天体物理处方的合并率和紧凑的对象二进制的属性的影响，具体而言，我们目前的结果红移相关的合并率和啁啾的质量和时间延迟分布的合并二进制。
2020-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Gravitational Waves From Dark Binaries With Finite-Range Dark Forces
本文计算了有限范围吸引暗力下暗双星产生的随机引力波背景，发现暗力有限范围显著改变双星初始分布与演化，使引力波谱在中频段增强并呈现“膝”和“踝”特征，亚太阳质量暗双星信号可被天基和地基天文台探测。
2024-12-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Impact of LIGO-Virgo black hole binaries on gravitational wave background searches
我们研究了LIGO-Virgo目前探测的黑洞二元种群对未来寻找原始引力波背景的影响。我们估计的前景所产生的二进制使用观察到的事件率和一个简单的建模的黑洞人口。我们从前景中减去单独可分辨的二进制，并利用Fisher分析来推导幂律信号的灵敏度曲线，包括这些天体物理前景。即使在乐观的假设下，我们发现未来实验的范围也会严重缩小。
2023-02-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave background from population III binaries
目前的恒星形成模型暗示，星族III恒星的双星比例是非零的。这种双星的演化必然导致了致密天体双星的形成。本文估计了起源于这类双星的引力波背景，并讨论了它的可观测性。人口III二进制的性质进行了研究，使用二进制人口合成代码。我们数值模拟的背景，我们考虑到偏心双星的演变。来自星族III双星的引力波背景在100 Hz以下占主导地位。如果二进制分数大于0.01，则背景将可通过LISA和DECIGO检测到。来自星族III双星的引力波背景将在100 Hz以下占主导地位。LISA，ET和DECIGO应该很容易看到它，或者在没有检测到的情况下，对第三星族恒星的性质提供非常强的限制。
2012-05-10 astro-ph.CO
Prospects for probing gravitational waves from primordial black hole binaries
研究了未来引力波探测器在探测原始黑洞双星中的应用前景。我们表明，在广泛的质量范围从$10^{-5}M_\odot$到$10^7M_\odot$，未来的GW干涉仪提供了一个潜在的探测PBH丰度比任何现有的实验更敏感。特别是，我们发现，银河系PBH双星的质量低至$10^{-5}M_\odot$可以探测与ET，AEDGE和LISA通过搜索近单色连续GW信号。这样的搜索可以独立地测试PBH对OGLE观察到的超短微透镜事件的解释。我们还考虑了通过引力子-光子转换从小行星质量的PBH双星观测GW的可能性。
2021-10-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The cosmic merger rate of stellar black hole binaries from the Illustris simulation
黑洞双星的宇宙合并率密度可以为我们提供一个重要的线索，以限制BHB的形成渠道，根据目前和即将到来的引力波的检测。采用Monte Carlo方法，将新的BHB粒子数合成模型与Illustris宇宙学模拟相结合，研究BHB合并的宇宙历史。我们探讨六个人口合成模型，不同的处方超新星，共同的信封，和出生踢。在大多数模型中，宇宙BHB合并率与宇宙恒星形成率遵循相同的趋势。宇宙BHB合并率的正常化在很大程度上取决于共同包络的处理和出生踢的分布。我们发现，大多数BHB合并在LIGO的仪器视界来自相对贫金属的祖先（<0.2 Zsun）。合并BHB的总质量跨越了很大的范围，从~6到~82 Msun。在我们的基准模型中，与GW 150914、GW 151226和GW 170104一致的合并BHB分别占LIGO视界内合并的所有BHB的6%、3%和12%。重系统，如GW 150914，来自贫金属祖细胞（<0.15 Zsun）。大多数在本地宇宙中合并的类GW 150914系统似乎是在高红移时形成的，具有很长的延迟时间。相比之下，类似GW 151226的系统在整个宇宙历史中形成并融合，来自具有广泛金属丰度的祖先。未来的探测将是至关重要的，以限制共同的信封，对出生踢，并对BHB质量功能。
2017-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Radiation Background from Boson Star Binaries
我们计算了玻色子双星产生的引力辐射背景，玻色子双星形成于局部稠密的星团中，其形成速率由规则的恒星形成速率跟踪。我们计算了玻色子场质量和排斥自耦合对引力波频率窗口的影响，并考虑了EPTA和LISA的约束。我们还评论这些二进制的可能的可探测性。
2018-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Detecting massive black hole binaries and unveiling their cosmic history with gravitational wave observations
基于空间的引力波天文学将为宇宙打开一扇全新的窗户，大质量的黑洞双星预计将成为这一即将到来的阶段的主要演员。新引力波观测站是一个空间干涉仪建议，它源自以前的激光干涉仪空间天线概念。我们在这里描述它的能力，观察大规模的黑洞双星在整个宇宙中，测量其相关参数（质量，自旋，距离观察者），以高精度。探测到的系统的统计特性可以用来限制大质量黑洞的宇宙历史，提供对微弱，高红移宇宙的深刻见解。
2012-09-20 astro-ph.CO
Binary Black Holes population synthesis based on the current LVK observations
Oakland University（奥克兰大学）
基于LVK观测，研究双黑洞群体合成，发现黑洞可能源自恒星坍缩或分层合并，且幂律分布与分层合并的黑洞比例接近1:1。
2026-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of LISA Black Hole Binaries in Merging Dwarf Galaxies: the Imprint of Dark Matter
中等质量黑洞（IMBH）预期合并率的理论模型对于计划中的引力波探测实验（如激光干涉仪空间天线（LISA））至关重要。利用无碰撞$N$ -体模拟方法研究了矮星系合并过程中IMBH的轨道衰变和IMBH双星的形成效率与合并星系中心暗物质密度分布的关系。具体来说，我们探讨各种渐近内斜坡$γ$的DG的DM密度分布，范围从陡峭的尖点（$γ=1$）浅的密度分布（$γ<1$），由著名的重子反馈效应，以及DM模型，不同于冷DM在DG的规模。我们发现，内部DM斜率是至关重要的形成（或缺乏）的IMBH二进制;只有与尖形DM配置文件（$γ=1$）的DG之间的合并是有利于形成一个硬IMBH二进制，而当$γ<1$的IMBH失速分离50-100 pc。因此，来自IMBH聚结的LISA信号的速率将由具有尖突DM轮廓的DG的分数确定。相反，在IMBH质量尺度的LISA事件率原则上提供了一种新的方式来限制DG中DM晕的内部结构，并解决核心尖点的争议。我们还表明，空间分辨率为$\sim$ 0.1千秒差距，经常采用的宇宙学模拟，所有IMBHs失速，独立于$γ$。这表明，谨慎采用宇宙学模拟的星系形成研究黑洞动力学的DG。
2018-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational Waves From More Attractive Dark Binaries
本文提出暗物质扇区中可能存在由宏观暗物质构成的暗双星，其产生的随机引力波背景具有独特谱形，可被现有引力波探测器观测，并避免额外辐射约束。
2023-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Parameter estimation on gravitational waves from multiple coalescing binaries
未来的地基和星载干涉引力波探测器每年可能捕获数万至数千个双星合并事件。从单个事件的引力波特征来估算天体物理学相关参数，如质量和自旋，这方面的工作越来越多，而且意义重大。本文介绍了一个强大的贝叶斯框架相结合的参数估计多个事件的参数分布的基础事件人口。该框架可以很容易地部署为一个快速的后处理工具。
2009-12-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Connecting The Hierarchically Merging Binary Black Hole Population To Their Host Galaxies
本文通过计算引力波定位与星系目录的角交叉关联，评估区分AGN盘内层级并合黑洞与普通星系中层级并合的比例，预测约5000次并合事件即可在A#探测器灵敏度下确定AGN起源主导情景。
2025-08-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Merger rates in primordial black hole clusters without initial binaries
原始的黑洞通过宇宙密度波动的崩溃而形成，被假设为宇宙中暗物质含量的贡献者。与此同时，它们的合并可能有助于最近观察到的引力波源的数量。我们调查的情况下，原始黑洞形成双星在宇宙的后期。具体来说，我们重新审视合并的原始黑洞在小集群的~30个对象的初始双星的情况下。双星通过牛顿引力相互作用动态地形成。这些双星作为星系团的热源，增加了星系团的速度色散，这抑制了通过引力波两体捕获的直接合并。与此同时，紧密双星的三体相遇太罕见了，以至于无法使双星足够紧密，从而使它们通过引力波辐射合并。我们的结论是，在没有初始双星的情况下，Bird et al.（2016）初始星团配置中的原始黑洞的合并率至少比以前提出的低一个数量级，这使得引力波检测到这样的源是不可能的。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
