Approximate Equations of Motion for Compact Spinning Bodies in General Relativity
本文用Einstein、Infeld、Hoffmann曲面积分法导出了陀螺仪在地球引力场中运动的近似方程。该方法不需要知道与陀螺仪相关的能量-动量-应力张量，并且仅使用其外部场来表征。所得的运动方程不同于以前的推导。
2005-11-21 gr-qc
Editorial note to Jean-Marie Souriau's " On the motion of spinning particles in general relativity"
本文评论 Souriau 1970年关于广义相对论中自旋粒子动力学辛描述的先驱性短札，阐明其方法特色及其对当前自旋物体引力相互作用研究的潜在意义。
2024-01-18 gr-qc
Spinning Black Binaries in de Sitter space
本文在正宇宙学常数广义相对论中构造同向与反向自旋的稳态旋转黑洞双星，揭示无物质理论的连续非唯一性，并为双星并合提供初始数据。
2024-06-14 gr-qc hep-th
Spinning particles in general relativity: Momentum-velocity relation for the Mathisson-Pirani spin condition
在广义相对论中，Mathisson-Papapetrou-Dixon（MPD）方程描述了旋转的测试粒子的“极-偶极”关系，但还需要补充一个条件，该条件指定了代表被研究物体历史的世界线。长期以来，人们一直认为Mathisson-Pirani（MP）自旋条件-与文献中的其他主要选择不同-不会产生明确的动量-速度关系。我们在这里得到所需的（和非常简单的）关系，并表明它实际上是等价的MP条件。我们澄清了这样一个明确的关系的存在和已知的事实，MP条件是退化（不指定一个唯一的世界线）之间的明显的悖论，从而在文献中的一些相互矛盾的陈述。然后，我们展示了如何，对于一个给定的身体，这种自旋条件产生无限多个可能的代表世界线，并得出一个详细的方法，如何在弯曲的时空之间切换。MP条件是一个方便的选择，当它很容易识别它的“非螺旋”的解决方案，如在这里的例子，在圆形轨道和径向下降的史瓦西时空的机构。
2018-05-30 gr-qc hep-th
Conserved quantities and integrability for massless spinning particles in general relativity
University of Potsdam（波茨坦大学）；University of Vienna（维也纳大学）
研究无质量自旋粒子在具有隐藏对称性的时空中的守恒律，证明自旋霍尔方程在类型D时空中的完全可积性，并展示质量自旋粒子的广义卡特常数的守恒性。
2026-04-02 gr-qc
Comparison between numerical relativity and a new class of post-Newtonian gravitational-wave phase evolutions: the non-spinning equal-mass case
我们比较了等质量非自旋黑洞二进制的相位演化的数值相对论（NR）模拟后牛顿（PN）的结果从三个PN近似：泰勒T1和T4近似，其中NR-PN比较已经在文献中进行，最近提出的近似泰勒Et。NR和PN之间的累积相位不一致导致在频率范围$Mω= 0.0455$至$Mω= 0.1$上对于TaylorEt大于T1或T4，但是具有随着PN阶数增加而单调减小的吸引人的特性。
2007-12-21 gr-qc
Narrow Atomic Features from Rapidly Spinning Neutron Stars
中子星以中等速率（~300- 600 Hz）旋转时，其形状会变成扁圆形，并获得非零的四极矩。在本文中，我们使用Hartle-Thorne近似下的光线追迹算法计算了这类中子星的原子特征轮廓。我们发现，线轮廓获得的核心是窄得多的宽度比纯多普勒效应的观察者倾斜的大范围内预期。因此，在利用旋转展宽谱线测量中子星半径时，需要同时考虑中子星扁率和四极矩的影响。此外，这些狭窄核心的存在大大增加了从快速旋转的中子星中探测到原子线的可能性。
2013-02-13 astro-ph.HE gr-qc
A first survey of spinning eccentric black hole mergers: Numerical relativity simulations, hybrid waveforms, and parameter estimation
我们分析了一个新的数值相对论数据集的自旋，但nonprecessing二进制黑洞偏心轨道，偏心率从约$0.1$ $0.5$，与无量纲自旋$0.75$包括在质量比$q=m_1/m_2 = (1, 2)$，并进一步nonspinning二进制质量比$q = (1.5, 3, 4)$。这些模拟的最终质量和自旋与noneccentric数据的比较扩展了以前的结果在文献中的旋转情况下的偏心双星的圆化。对于$(l,m)=(2,2)$自旋加权球谐模，我们构建偏心混合波形连接的数值相对论数据后牛顿描述的inspiral，我们讨论了在当前知识的局限性后牛顿理论复杂的偏心混合波形的产生。我们还进行了贝叶斯参数估计研究，量化参数偏差时，使用三种不同的准圆形波形模型来估计高偏心二进制系统的参数。我们发现，所使用的对齐自旋准圆模型包括高阶模式产生较低的偏置在某些参数比非旋进准圆模型没有高阶模式和准圆旋进模型。
2020-04-12 gr-qc
Periastron Advance in Spinning Black Hole Binaries: Gravitational Self-Force from Numerical Relativity
利用数值相对论模拟、后牛顿近似和黑洞微扰理论，研究了自旋与轨道角动量成一直线或反一直线的准圆轨道上自旋黑洞双星的广义相对论近星点推进.通过交换物体的标签来施加对称性，我们设计了微扰结果的改进版本，并将其用作对称质量比幂的新型展开的主导项。这使我们能够第一次测量到引力自作用力对非自旋粒子在质量为M、自旋S = -0.5 M^2的克尔黑洞中的近星点推进的影响，直到9 M量级。将我们改进的微扰膨胀的预测与等质量等自旋双星的数值模拟的精确结果进行比较，我们发现在很宽的自旋和轨道间隔范围内有显著的一致性。
2013-11-29 gr-qc
Effects of Short-Distance Modifications to General Relativity in Spinning Binary Systems
我们调查的可能性测试短距离修改广义相对论通过更高的曲率项的基本引力拉格朗日通过分析其影响的观测旋转天文双星系统。通过使用有效场论方法应用于2体问题，伴随高曲率项的短距离尺度上的通用下限可以设置。特别地，我们推广了已有的结果，导出了双星系统中自旋相关的结合能、辐射发射过程和自旋旋进方程，这是观测致密双星并合和双双星自旋旋进的引力波探测中自旋相关效应的基础.
2021-08-30 gr-qc hep-ph
Numerical Relativity meets Data Analysis: Spinning Binary Black Hole Case
我们提出了一个研究的引力波形从一系列的旋转，等质量的黑洞二进制集中在谐波内容的波和贡献的个别谐波的信噪比。这些引力波是由两个初始自旋大小相等且彼此反对齐的黑洞的两系列演化产生的。在一个系列中，自旋的大小是变化的;而在第二个系列中，黑洞自旋和轨道角动量之间的初始角度是变化的。我们还进行了初步的调查，使用这些波形作为模板检测旋转的二元黑洞。由于这些运行是相对短的，包含大约两到三个轨道，合并和振铃，我们将我们的研究限制在总质量大于50太阳质量的系统。这种选择确保了我们的波形出现在地基探测器波段，而不需要额外的引力波周期。我们发现，虽然模式的贡献的信噪比与初始角度的变化，系统的总质量造成更大的变化，在匹配。
2008-02-29 gr-qc
Matched Filtering of Numerical Relativity Templates of Spinning Binary Black Holes
在数值相对论中，双黑洞问题的解决已经取得了巨大的进展。数值相对论产生的波形将在引力波探测中发挥作用，既可以作为分析模板库的试验台，也可以作为模板库本身。随着数值相对论探索的参数空间的扩大，量化每个参数对引力波探测以及对引力波源参数估计的影响的重要性也在增加。有鉴于此，我们提出了一个研究等质量，自旋双星黑洞的演化，通过匹配滤波技术通常用于数据分析。我们研究了两个数值波形之间的匹配如何随数值分辨率、黑洞的初始角动量以及源与探测器之间的倾角而变化。由于自旋黑洞双星是轴向的，并且在合并前的波形只包含大约两个半轨道，这一研究受到了限制。我们发现，为了检测的目的，旋转的黑洞除了主模式，需要包括更高的谐波，一个条件，变得更加重要的黑洞自旋增加。此外，我们进行了初步的调查如何以及固定的自旋和倾斜角的模板可以检测任意自旋和倾斜的轴向情况下，在这里考虑的目标模板。
2007-05-27 astro-ph gr-qc
Particle on the Innermost Stable Circular Orbit of a Rapidly Spinning Black Hole
我们计算了一个快速旋转的黑洞的最内层稳定圆轨道上的粒子发射的辐射（a）解析，工作到领先的顺序从极值的偏差和（b）数值，与一个新的高精度Teukolsky代码。我们发现这两种方法之间非常一致。我们证实了以前的估计辐射的功率的整体缩放，但也有小的振荡，所有的极端。此外，我们揭示了一个复杂的模式的模式结构中的磁通到无穷大，只有某些模式具有主导的缩放。每个模式的标度由其共形权重控制，这是增强的近视界对称群的表示理论中自然产生的一个量。我们发现以前的工作的关系粒子轨道上精确极端克尔，包括详细的协议量计算在这里与共形场论计算的Kerr/CFT对应的上下文中进行。
2015-09-24 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Comparison between numerical-relativity and post-Newtonian waveforms from spinning binaries: the orbital hang-up case
我们比较的结果从数值模拟的自旋二进制的“轨道悬挂”的情况下，二进制完成至少9个轨道合并前，与后牛顿的结果使用近似泰勒T1，T4和Et。我们发现，在引力波频率达到$Mω= 0.1$之前的10个周期内，NR和2.5PN结果之间的累积相位差小于3弧度，当使用3.5PN结果时小于2.5弧度。随着黑洞自旋的增加，NR结果和限制PN结果之间的振幅不一致性增加，从等质量情况下的约6%增加到黑洞自旋为$S_i/M_i^2 = 0.85$时的12%。最后，我们的结果表明，合并波形将发挥重要作用，估计自旋从这样的inspiral波形。
2008-11-26 gr-qc
Periastron advance in spinning black hole binaries: comparing effective-one-body and Numerical Relativity
我们计算的近星点推进使用的有效单体形式主义的双黑洞准圆轨道上移动，并有自旋与轨道角动量共线。我们比较的预测与最近计算的近星点推进精确的数值相对论模拟，并发现显着的协议范围广泛的自旋和质量比。这些结果没有使用有效单体模型的任何数值相对论校准，并且源于有效单体哈密顿量中的两个关键成分：（i）将自旋粒子的两体动力学映射到一个有效自旋粒子的动力学上，（变形）克尔时空，完全对称相对于两体质量和自旋，和（ii）的再膨胀，在测试粒子的限制，所有后牛顿（PN）修正的线性粒子的自旋。事实上，即使只有领先的自旋PN修正被包括在有效的单体自旋哈密顿量，但所有的测试粒子的自旋线性修正的粒子被图解，我们发现非常好的协议与数值结果（在数值误差为等质量的双星和差异最多为1%的质量比更大）。此外，我们专门的极端质量比的限制和推导，使用运动方程的引力骨架的方法，分析表达式的近星点的进步，在克尔时空中的近圆形赤道轨道上的自旋粒子的情况下，双角透镜Thirring进动和自旋进动频率，还包括在自旋二次项。
2013-11-16 gr-qc
Towards an understanding of the force-free magnetosphere of rapidly spinning black holes
围绕旋转黑洞的等离子体提取旋转能量和能量发射的能力已被认为是一个关键的天体物理现象。通过对无力磁层和黑洞之间相互作用的分析，我们对这一过程的性质有了重要的认识。这项任务涉及求解复杂的方程组，通常需要复杂的数值模拟。最近的分析试图解决这个问题，利用了极端克尔（NHEK）的近视界区域被赋予了增强的对称群的事实。我们继续在这个方向上，并表明，对于一些共形自相似的解决方案，NHEK力自由方程减少到一个单一的非线性常微分方程，这是很难解决的简单集成。我们在这里介绍一种新的方法，专门针对这个问题，并描述如何可以获得物理上有意义的解决方案。
2016-12-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Surprises from the spins: astrophysics and relativity with detections of spinning black-hole mergers
对黑洞自旋的测量对于实现引力波天文学的承诺至关重要。在天体物理学方面，自旋可能是黑洞演化过程中最清晰的指标，因此提供了一种首选的方法来区分LIGO的黑洞是如何形成的。在相对论方面，自旋是造成特殊动力学现象（从长螺旋中的岁差调制到合并时的引力波反冲）的原因，这些现象编码了关于潜在天体物理过程的宝贵信息。我提出了一些例子来探索自旋动力学（相对论）和环境效应（天体物理学）之间的这种深刻而迷人的相互作用。黑洞的旋转确实在两个方面都隐藏着惊人的惊喜：形态，共振，超新星爆发的限制，多个合并世代等等。
2017-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Numerical relativity higher order gravitational waveforms of eccentric, spinning, non-precessing binary black hole mergers
我们使用开源的，社区驱动的，数值相对论软件，爱因斯坦工具包，研究偏心，旋转，非旋进的二进制黑洞合并与质量比$q=\{2, 4, 6\}$，个别无量纲自旋参数$χ_{1z}=\pm0.6$，$χ_{2z}=\pm0.3$，其中包括高阶引力波模式$\ell\leq4$，除了记忆模式的物理。假设恒星质量的二进制黑洞合并，可以检测到先进的LIGO探测器，我们发现，包括模式高达$\ell=4$增加的信号噪声之间的$3.5\%$到$35\%$的紧凑型二进制文件，相比，只包括$\ell=|m|=2$模式的信号。我们使用两个波形模型，TEOBResumS和SEOBNRE，其中包括自旋和偏心率校正的波形动力学，量化的轨道偏心率的数值相对论目录规范不变的方式，通过拟合因子计算。我们的研究结果表明，包含高阶波模式有一个可测量的影响，在恢复中度和高度偏心黑洞合并，因此，它是必不可少的波形模型和信号处理工具，准确地描述这些天体物理源的物理。
2023-03-21 gr-qc
Magnetic strings in anti-de Sitter General Relativity
在爱因斯坦相对论中，我们得到了具有负宇宙学常数的静态和自旋磁弦源产生的时空。由于时空是渐近的圆柱形反德西特时空，我们将能够计算解的质量、动量和电荷。我们发现两个家庭的解决方案，一个与纵向磁场和其他角磁场。纵向磁场的源可以解释为由两条对称且叠加的带电线组成的系统，其中一条带电线静止，另一条带电线旋转。角向磁场解可以类似地解释为由带电线组成，但现在一个是静止的，另一个沿轴有速度。这种解决方案不能向下延伸到原点。
2001-10-22 gr-qc hep-th
Comparing numerical relativity and perturbation theory waveforms for a non-spinning equal-mass binary
本文研究非自旋等质量双星系统中，黑洞微扰理论（ppBHPT）与数值相对论（NR）波形在α-β校准前后的相似性，发现校准后一致性可延伸至并合点，并探讨了缩放参数时间无关假设的局限性及推广方向。
2024-02-04 gr-qc
Quasinormal resonances of rapidly-spinning Kerr black holes and the universal relaxation bound
普遍的弛豫界表明，微扰热力学系统的弛豫时间从下到上受简单的时间-时间-温度（TTT）量子关系$τ\times T\geq {{\hbar}\overπ}$约束。已知在$MT_{\text{BH}}/\hbar\ll m^{-2}$区域中的近极值Kerr黑洞的某些微扰模式由归一化弛豫时间$πτ\times T_{\text{BH}}/\hbar$表征，在接近极限$MT_{\text{BH}}/\hbar\to0$时，在$1$周围作无穷多次微小的等振幅振荡，因此不能直接用来验证TTT界在黑洞时空的整个参数空间中的有效性（这里$\{T_{\text{BH}},M\}$分别是黑洞的贝肯斯坦-霍金温度和质量，而$m$是线性化微扰模式的方位调和指数）。在本紧凑的文件中，我们明确证明，所有快速自旋克尔黑洞尊重TTT弛豫界限。特别是，使用分析技术，它证明了所有的黑洞扰动模式的互补制度$m^{-1}\ll MT_{\text{BH}}/\hbar\ll1$的特点是松弛时间与简单的无量纲属性$πτ\times T_{\text{BH}}/\hbar\geq1$。
2022-02-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Scattering of Gravitons and Spinning Massive States from Compact Numerators
我们提供了一个新的有效的图解工具，在散射方程的上下文中，计算协变的$D$维树级$n$ -点振幅与自旋大质量粒子对使用紧凑的指数分子。我们讨论了这个框架如何允许非整数自旋扩展的递归关系的振幅整数自旋。我们的研究结果有利于通过Kawai-Lewellen-Tye关系和广义么正性从壳层树振幅生成经典广义相对论中的观测量。
2021-04-22 gr-qc hep-th
Slowly Decaying Ringdown of a Rapidly Spinning Black Hole: Probing the No-Hair Theorem by Small Mass-Ratio Mergers with LISA
本文通过计算小质量比并合产生的引力波信号，研究LISA对快速旋转超大质量黑洞铃宕中多个准正规模式的可测量性，证明其有利于探测叠加模式和检验无毛定理。
2023-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Stationary bound-state scalar configurations supported by rapidly-spinning exotic compact objects
一些量子引力理论认为，经典黑洞的吸收视界应该被一个反射面所取代，该反射面位于可能的经典视界上方一个微观距离处。而不是一个吸收黑洞，由此产生的无视界时空描述了一个反射外来紧凑的对象。基于这一有趣的预言，在本文中，我们探讨了奇异的紧凑对象的物理性质，这些对象是线性耦合到固定的束缚态大质量标量场配置。特别地，在质量为$M$和角动量为$J=Ma$的快速旋转的奇异致密物体的背景中，求解具有适当质量$μ$和球谐指数$(l,m)$的定常标量场的Klein-Gordon波动方程，我们导出了奇异紧致天体的{ \it离散}半径$\{r_{\text{c}}(μ,l,m,M,a;n)\}$的一个紧致解析公式，它能支持定常的束缚-说明大量标量场配置。我们通过直接数值计算证实了我们的分析结果。
2018-03-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Strong-field scattering of two black holes: Numerical Relativity meets Post-Minkowskian gravity
本文比较了双黑洞散射的数值相对论数据与后闵可夫斯基解析预测，发现将PM信息用有效单体径向势重新表述后与NR数据高度一致，并首次从NR模拟中提取了引力势。
2023-03-04 gr-qc hep-th
Spinning cylinders in general relativity: a canonical form for the Lewis metrics of the Weyl class
在主要文章[CQG 38（2021）055003]中，已经获得了外尔类的刘易斯度量的新的“标准”形式，仅取决于三个参数--每单位长度的科马尔质量和角动量，加上角亏损--对应于固定到“遥远恒星”的坐标系和无处不在的类时基灵向量场。这种形式表明了时空的局部但非全局的静态特征，并与电磁模拟惊人的平行性。我们在这里讨论它的一般性，主要的物理特征和重要的限制（列维-奇维塔静态圆柱，和旋转宇宙弦）。我们对比它的几何和物理的理由与克尔时空-作为一个例子的度量是局部非静态的。
2021-12-13 gr-qc hep-th math-ph
Temperature of a spinning black hole via a simple derivation
Stanford University（斯坦福大学）；San Francisco State University（旧金山州立大学）
本文通过经典广义相对论和热力学推导克尔黑洞温度，旨在教学用途，强调小黑洞蒸发及暗物质可能来源
2026-02-09 gr-qc
High-resolution numerical relativity simulations of spinning binary neutron star mergers
最近探测到两颗中子星碰撞期间和之后发射的引力波和电磁波，标志着多信使天文学领域的突破。数值相对论模拟是唯一的工具来描述的合并动力学的制度时，速度最大，引力最强。在这项工作中，我们报告了最先进的双中子星模拟无旋（非自旋）和自旋配置。这些模拟的主要用途是模拟引力波信号。关键的数值要求是了解数值数据的收敛特性和详细的误差预算。模拟已经在不同的HPC集群上进行，它们使用多种网格分辨率，并且基于偏心率减少的准圆形初始数据。我们得到收敛波形的相位误差为0.5-1.5拉德积累超过约12个轨道合并。波形已被用于构造一个唯象波形模型，该模型已被应用于分析最近的双星中子星的探测。此外，我们表明，数据也可以用来测试其他国家的最先进的半解析波形模型。
2018-03-21 astro-ph.HE gr-qc
Recent progress on the description of relativistic spin: vector model of spinning particle and rotating body with gravimagnetic moment in General Relativity
本文综述了自旋矢量模型的最新研究成果，并将其应用于研究自旋-场相互作用对自旋粒子在引力场和电磁场中的轨道和进动的影响。形式主义是从拉格朗日变分问题，这意味着运动方程和约束，应该在一个模型中的自旋粒子。我们给出了一个详细的分析所产生的理论，并表明它具有合理的性质在经典和量子水平。本文描述了矢量模型的一些应用，并说明了矢量模型是如何澄清相对论自旋理论描述中的一些问题的：A）正能量单粒子相对论量子力学及其与Dirac方程和相对论{ \it Zitterbewegung}的关系; B）自旋诱导的非对易性和协变形式问题; C）三维加速度与广义相对论和彩虹几何中光速的坐标无关性一致; D）超相对论极限下旋转体Mathisson-Papapetrou-Tulczyg-Dixon方程的特殊性态，以及改进的方程。
2017-10-19 astro-ph.SR gr-qc hep-th
Rapidly Spinning Compact Stars with Deconfinement Phase Transition
我们研究了快速旋转的致密星的状态方程具有一个强耦合的核物质和退禁闭夸克物质之间的一级相变，采用规范/重力对偶。我们考虑一个家庭的模型，它允许纯强子均匀旋转的恒星质量约$2.9\, \mathrm{M}_\odot$，因此与解释兼容的第二个组件（$2.59^{+0.08}_{-0.09}\, \mathrm{M}_\odot$）在GW 190814是一个中子星。这些恒星的中心密度是核饱和密度的几倍，因此强耦合和非微扰效应变得至关重要。我们构建的模型中，静态（旋转）恒星$M_{\mathrm{TOV}}$（$M_{\mathrm{max}}$）的最大质量是由长期不稳定性或相变引起的崩溃。我们发现$M_{\mathrm{max}}/M_{\mathrm{TOV}}$的最大值的情况下，相变决定$M_{\mathrm{max}}$，这将我们的拟合结果$M_{\mathrm{max}}/M_{\mathrm{TOV}} = 1.227^{+0.031}_{-0.016}$，一个值略高于Breu-Rezzolla绑定$1.203^{+0.022}_{-0.022}$推断模型没有相变。
2020-09-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Surrogate model for gravitational wave signals from non-spinning, comparable- to large-mass-ratio black hole binaries built on black hole perturbation theory waveforms calibrated to numerical relativity
我们提出了一个非自旋双黑洞系统引力波形的降阶代理模型，该系统具有与大质量比配置相当的质量。这个代理模型\texttt{BHPTNRSur1dq1e4}是在点粒子黑洞微扰理论（ppBHPT）产生的波形数据上训练的，质量比从2.5到10，000不等。\texttt{BHPTNRSur1dq1e4}扩展了早期的波形模型\texttt{EMRISur1dq1e4}，通过使用更新的过渡到暴跌模型，覆盖更长的持续时间高达30，500 $m_1$（其中$m_1$是主要黑洞的质量），包括几个更多的球谐模式高达$\ell=10$，并校准次主导模式的数值相对论（NR）数据。在可比较的质量比范围内，包括低至$2.5$的质量比，通过ppBHPT产生的重力波形与NR在这个简单的校准步骤后产生的重力波形惊人地一致。我们还比较了我们的模型，最近的SXS和RIT NR模拟的质量比范围从$15$到$32$，并发现占主导地位的四极模同意优于$\approx 10^{-3}$。我们希望我们的模型是有用的，以研究当前和未来的引力波探测器中的中间质量比的二元系统。
2022-04-05 gr-qc
Junction conditions in General Relativity with spin sources
在三维及更高维中，导出了存在内禀自旋畴壁时的广义相对论结条件。一个应力张量和自旋流可以定义只需要存在一个定义良好的体积元素，而不是一个诱导的度量，以便允许通用的扭转源。在一般情况下，当扭转是局部的畴壁，它是必要的放松的连续性的切向分量的维尔本。事实上，它被发现的自旋电流成正比的跳跃在维尔本和应力能量张量成正比的跳跃在自旋连接。结条件的一致性意味着能量流动方向和自旋方向之间的约束。作为应用，我们得到了三维旋转张力弦和旋转尘埃弦的圆对称解。带张力的旋转弦在外部产生旋转的截锥，在内部产生不可避免的框架拖曳的平坦时空。在由旋转的尘埃制成的弦的情况下，与前面的情况相反，内部不存在帧拖动，因此在这个意义上，可以通过考虑旋转而不是旋转源来“屏蔽”拖动效应。在四维情况下，两种解都一致地作为圆柱体被提升。
2006-05-16 gr-qc hep-th
Spacetime Warps for Spinning Particles Possible?
通过将自旋粒子纳入经典广义相对论的框架，该理论在一定程度上发生了变化，因为尽管使用了完整坐标，连接变得不对称。这意味着，偏导数不再对易。因此，所考虑的函数类必须扩展。非最小扩展导致旋转粒子时空扭曲的可能性。
2002-01-04 gr-qc
Fermat Principle for spinning light
模仿广义相对论中对自旋粒子的描述，费马原理被扩展到自旋光子。线性化的Papapetrou-Souriau型方程产生的半经典模型最近用于推导偏振光的“光学霍尔效应”（别名“光学马格努斯效应”）。
2006-06-15 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-th
Spinning Black Holes in Modified Gravity via Spectral Methods
Illinois Center for Advanced Studies of the Universe & Department of Physics, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校高级宇宙学中心及物理系）；DAMTP, Centre for Mathematical Sciences, University of Cambridge（剑桥大学数学科学中心应用数学与理论物理系）
本文提出了一种高效的谱方法，用于在修正引力理论中精确表示旋转黑洞的时空结构，实现了高精度的解析解。
2026-01-19 gr-qc
Minidisk Influence on Flow Variability in Accreting Spinning Black Hole Binaries: Simulations in Full General Relativity
我们进行磁流体动力学模拟吸积，等质量的二元黑洞在充分的广义相对论专注于自旋和minidisk的吸积率和坡印亭光度变化的影响。我们报告的结构的minidisks和周期性的质量的minidisks，质量吸积率，和坡印亭光度。吸积率表现出准周期性的行为，在我们研究的所有系统中的二进制的轨道频率，但这种调制的幅度是依赖于持久的minidisks的存在。特别是，系统被发现产生持久的minidisks有一个更弱的调制质量吸积率，表明minidisks可以增加流入时间的物质到黑洞，并抑制了准周期行为。这一发现对间隔较大的双星有潜在的影响，在这种情况下，迷你盘可能会大得多，并可能显着抑制周期性。
2022-10-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Numerical-relativity simulations of the quasi-circular inspiral and merger of non-spinning, charged black holes: methods and comparison with approximate approaches
我们提出了完全广义相对论模拟的准圆形inspiral和合并的收费，非自旋，二元黑洞与电荷质量比$λ\le 0.3$。我们讨论的关键功能，使这些二进制文件的长期和稳定的演变。我们还提出了一种计算电磁波携带的角动量的形式，以及电磁波对黑洞视界性质的贡献。我们实现我们的形式主义，并提出了第一次在数值相对论模拟的结果。此外，我们比较我们的完整的非线性解决方案与现有的近似模型的螺旋和振铃阶段。我们表明，牛顿模型的基础上的四极近似有20%-100%的误差在关键规范不变的数量。另一方面，对于所考虑的系统，我们发现，基于Kerr-Newman时空中测试粒子运动的残余黑洞自旋的估计与我们的非线性计算在百分之几以内一致。最后，我们讨论了未来的引力波探测器检测黑洞电荷的前景，无论是使用的inspiral-merge-ringdown信号或单独的ringdown信号。
2022-08-11 astro-ph.HE gr-qc
Equations of Motion of Spinning Relativistic Particles
考虑了自旋相对论性粒子在外电磁场和引力场中的运动。这种运动的协变方程被证明具有病态的解决方案，当处理非微扰自旋。一个自洽的方法来解决这个问题，制定的非协变描述的自旋和通常的基础上，“天真”的相对论粒子的坐标定义。本文对相对论性粒子的自旋一级引力相互作用作了简单的描述。开发的方法允许一个考虑更高阶的自旋的影响。给出了二阶哈密顿量的显式表达式。本文讨论了广义相对论中一种特殊的自旋效应--重磁矩。
2000-09-27 gr-qc hep-th
Gravitational Waves from Disks Around Spinning Black Holes: Simulations in Full General Relativity
我们提出了完全广义相对论数值演化的自引力环面周围的旋转黑洞与无量纲自旋$a/M = 0.7$平行或反平行的磁盘角动量。最初的磁盘是不稳定的流体动力学Papaloizou-Pringle不稳定性，导致他们成长持久的轨道物质团块。评估了黑洞自旋对不稳定性增长和饱和的影响。我们发现，不稳定性的行为类似于以前的模拟与非自旋黑洞，由于自旋引起的磁盘轨道周期的变化，在频率上的偏移。这些系统产生了大量的引力波，我们分析了当前和未来的引力波观测站在大质量范围内的可探测性。我们发现，$10 M_\odot$系统-相关的黑洞-中子星合并-是可探测的宇宙探测器到$\sim300$ Mpc，而DECIGO（LISA）将能够检测系统的$1000 M_\odot$（$10^5M_\odot$）-相关的磁盘形成的坍缩超大质量恒星-宇宙学红移的$z\sim5$（$z\sim 1$）。计算这些系统的吸积率，我们发现，这些系统也可能是符合电磁信号的有前途的来源。
2020-11-08 astro-ph.HE gr-qc
Prototype effective-one-body model for nonprecessing spinning inspiral-merger-ringdown waveforms
我们首先利用5个非旋进和2个轻度旋进（chi_i \simeq-0.44，+0.44）的黑洞双星数值相对论波形，标定了非旋进旋转双星的有效单体（EOB）模型，特别是它的动力学和主导的（2，2）引力波模式。然后，我们将上述结果与Teukolsky方程产生的小质量比模拟的最新结果相结合，并建立了一个用于检测目的的原型EOB模型，该模型能够为具有任何质量比和单个黑洞自旋的非旋进自旋黑洞双星产生吸气合并振铃波形。我们将原型EOB模型与自旋chi_i =-0.95，+0.97的两个等质量高自旋黑洞的数值相对论波形进行比较，这两个波形在EOB模型校准时是不可用的。在Advanced LIGO的情况下，我们发现对于总质量为20-200 M_（\odot）的样品，原型EOB波形和数值相对论波形之间的失配总是小于0.003，失配仅通过在初始相位和时间上最大化来计算。为了成功地生成单个黑洞自旋chi_i \gtrsim 0.7的合并波形，原型EOB模型需要通过以下方式进行改进：（i）更好地模拟坍缩动力学;（ii）在引力波模式和辐射-反作用力中包括高阶PN自旋项。
2012-08-21 gr-qc
Validating the effective-one-body model of spinning, precessing binary black holes against numerical relativity
在文献[1]中，LIGO探测到的第一个引力波GW 150914的性质是通过采用进动双黑洞的有效单体（EOB）模型测量的，其基础动力学和波形被校准到数值相对论（NR）模拟。在这里，我们进行了第一次广泛的比较，这样的EOBNR模型70进动NR波形，跨度质量比从1到5，无量纲自旋幅度高达0.5，通用的自旋方向，约20轨道的长度。我们在观测者的惯性系中工作，并包括引力波偏振中的所有$\ell=2$模式。我们介绍了EOB振铃信号的频谱和发病时间的新处方。当总质量在10 Msun和200 Msun之间时，我们发现当考虑Advanced-LIGO设计噪声曲线时，旋进EOBNR波形对NR波形的不忠实性在3%以内。这一结果是在没有重新校准基础的非旋进EOBNR模型的吸气暴跌。利用EOBNR波形的到达时间和相位、天空位置和极化的最大化来计算不忠实性，并且将其在NR信号的天空位置和极化上平均。我们还提出了NR和EOBNR波形之间的比较，跟踪轨道进动的帧。
2016-07-19 gr-qc
Observational evidences for spinning black holes: A proof of general relativity for spacetime around rotating black holes
自从克尔在1963年提出理论以来，直到几年前，从观测数据确定黑洞的自旋才受到很少的关注。这背后的主要原因是没有足够的数据和缺乏适当的技术。在这篇文章中，我们探讨确定/预测的旋转几个黑洞的X射线双星和星系的中心，使用X射线和伽马射线卫星数据。对于X射线双星，为了解释观测到的准周期振荡，我们的模型预测了潜在的黑洞的自旋参数。另一方面，通过对BL Lac和平谱射电类星体系统总光度的研究，预测了BL Lac和平谱射电类星体中黑洞自旋参数的性质。这里考虑的所有源都表现出旋转黑洞的特征，这证实了Kerr度规的自然存在。
2012-11-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Inspiral-merger-ringdown waveforms of spinning, precessing black-hole binaries in the effective-one-body formalism
我们描述了一个通用的程序来产生自旋，进动波形，包括inspiral，合并和衰荡阶段的有效一体（EOB）的方法。该程序使用的进动框架中，进动引起的振幅和相位调制最小化，和惯性系，与自旋的最后黑洞，在其中我们进行了匹配的吸气暴跌合并振铃波形对齐。作为第一个应用程序，我们建立自旋，进动EOB波形的引力模式l=2，使在nonprecessing限制这些波形同意EOB波形最近校准的数值相对论波形。在不重新校准EOB模型的情况下，我们将EOB和后牛顿进动波形与Caltech-Cornell-CITA合作产生的两个数值相对论波形进行比较。数值波形有35个和65个重力波周期。我们发现EOB和数值相对论的旋进波形和自旋演化有着显著的一致性。合并时的相位差约为0.2 rad，而使用高级LIGO噪声谱密度计算的失配在仅在合并时的时间和相位以及偏振角上最大化时低于2%。
2013-07-23 gr-qc
Spinning test particle in four-dimensional Einstein-Gauss-Bonnet Black Hole
本文研究了四维Einstein-Gauss-Bonnet引力中经典自旋试验粒子绕静态球对称黑洞的运动[D. Glavan和C. Lin，Phys. Rev. Lett. 124，081301（2020）]。我们发现，当高斯-博内耦合参数$α$接近于一个特定的范围$-6.1<α/M^2<-2$（$M$是黑洞的质量）时，自旋试验粒子在黑洞背景中的有效势存在两个极小值，这意味着该粒子可以处于两个具有相同自旋角动量和轨道角动量的独立轨道中.我们还研究了自旋试验粒子的最内层稳定圆轨道，发现粒子自旋对最内层稳定圆轨道的影响类似于广义相对论中四维黑洞的情况.
2022-04-29 gr-qc hep-th
NuRIA: Numerical Relativity Injection Analysis of spinning binary black hole signals in Advanced LIGO data
引力波（GW）天文学的出现为我们提供了比X射线天文学已知的质量更大的黑洞的观测结果。然而，对中等质量黑洞（IMBH）的观测仍然是一个巨大的挑战。在他们的第二次观测运行之后，LIGO \& Virgo Scientific collaborations（LVC）对非旋进IMBH双星（IMBHB）的合并率密度设定了上限。在这篇文章中，我们探讨了LVC使用的两个搜索管道的灵敏度，从69个数值模拟的IMBHB与通用自旋的信号，其中27个有一个旋进轨道平面。特别是，我们比较匹配滤波器搜索PyCBC，和相干的模型无关的搜索技术cWB。我们发现，在一般情况下，cWB是更敏感的IMBHB比PyCBC，其差异取决于质量和旋转的源。因此，我们使用cWB将第一个上限的合并率的通用旋转IMBH二进制使用公开的数据从第一个先进的LIGO观测运行。
2020-08-22 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Assessing the Energetics of Spinning Binary Black Hole Systems
在这项工作中，我们研究了自旋双黑洞系统在强场制度的动力学。为了这个目的，我们从数值相对论模拟提取的结合能，特定的轨道角动量，规范不变的轨道频率。我们的工作目标有三个方面：首先，我们提取单个自旋对结合能的贡献，特别是自旋-轨道、自旋-自旋和自旋内自旋项。其次，我们比较我们的结果与波形模型的预测，并发现，虽然后牛顿近似是不能够代表在合并前的最后几个轨道的动态，我们的数据和有效的一体近似以及数值相对论代理模型之间有很好的一致性。最后，我们提出的唯象表示的非自旋系统的结合能的质量比高达$q = 10$和自旋轨道相互作用的质量比高达$q = 8$获得$\lesssim 0.1\%$和$\lesssim 6\%$的精度，分别。
2017-12-18 gr-qc
Spinning solutions in general relativity with infinite central density
本文介绍了均匀旋转多面体的广义相对论数值模拟。使用MSQI坐标推导方程，但采用径向坐标的对数。其结果是相对简单的椭圆微分方程。由于对数尺度，我们可以解决在中心附近具有近似奇异质量分布的解，而解域比分布半径大许多数量级（以连接平坦的时空）。旋转的解决方案被发现具有非常高的中心能量密度的绝热指数的范围。分析上，假设压力与能量密度成正比（这对于大能量密度极限的多面体是正确的），我们确定了度规势和能量密度的小半径行为。这种小半径行为与大中心密度数值结果的小半径行为一致，从而使我们的数值方法更有信心。我们将结果与文献中的旋转解进行了比较，结果显示出良好的一致性。我们研究了球形解的稳定性：不稳定性在质量与中心能量密度的第一个最大值时出现;这也与文献中的结果一致，并进一步增强了数值方法的可信度。
2018-04-24 gr-qc
Complete Hamiltonian for spinning binary systems at first post-Minkowskian order
基于在壳振幅技术在广义相对论经典观测量中的应用，我们提出了自旋双星系统在1阶后闵可夫斯基（1 PM）阶下的守恒哈密顿量的封闭形式.它适用于具有任意自旋多极矩的一般自旋体。根据定义，该公式在引力常量方面是线性的，但在动量和自旋展开方面对所有阶都是精确的。在每个自旋阶，我们的公式意味着自旋依赖和动量依赖几乎完全分解。我们扩大我们的公式在动量和比较的条款与1PM部分的后牛顿计算在文献中。直到正则变换，我们的结果完全符合所有以前的。我们还比较了黑洞的计算公式和Kerr黑洞附近自旋体的有效单体映射计算公式，发现两者完全一致。
2020-12-19 gr-qc hep-th
Measuring violations of General Relativity from single gravitational wave detection by non-spinning binary systems: higher-order asymptotic analysis
采用频率论的渐近展开方法对引力波探测器网络进行误差估计，以评估从引力波观测中可以提取的信息量。在数学上，我们推导出任何参数估计的误差下限，在没有先验知识的情况下，以区分后爱因斯坦（ppE）描述的合并二元系统和广义相对论。当这样的错误是小于参数值，有可能检测到这些违反GR。一个参数空间，包括占主导地位的移相ppE参数$(β, b)$用于研究的第一和第二阶（协）方差展开，专注于inspiral阶段的nonspinning二进制系统的零偏心率检测通过Adv. LIGO和Adv.室女座。我们的方法是对Cramér-Rao下界的改进。当贝叶斯误差低于我们的界限时，这意味着它们严重依赖于先验。该分析表明，在即将到来的科学运行中可实现的螺旋SNR（$ρ\sim 15-17$）制度（GW 150914具有螺旋SNR $\sim 12$）中限制GR偏差的可能性。$β$上的误差也增加了其他参数的误差，例如啁啾质量$\mathcal{M}$和对称质量比$η$。应用于现有的替代重力理论，包括波形的修正色散关系、二次修正重力的非旋转模型和偶极重力辐射（即，Brans-Dicke型）修饰。
2016-05-24 astro-ph.HE gr-qc
Strong-field scattering of two spinning black holes: Numerics versus Analytics
本文首次通过数值相对论计算了等质量旋转黑洞在类双曲轨道上的散射角，并与结合 5PN 信息的有效单体解析模型对比，发现解析模型的自旋部分仍需改进。
2022-04-22 gr-qc
Perturbations of spinning black holes beyond General Relativity: Modified Teukolsky equation
本文首次推导出修正 Teukolsky 方程，用于描述修正引力中非 Kerr 黑洞的动力学扰动，为研究任意自旋黑洞并合铃宕阶段及极端质量比旋近的引力波辐射奠定基础。
2023-05-25 gr-qc
Effective-one-body waveforms calibrated to numerical relativity simulations: coalescence of non-precessing, spinning, equal-mass black holes
我们提出了第一次尝试校准的有效单体（EOB）模型，以准确的数值相对论模拟旋转，非旋进黑洞双星。在1000 M的时间间隔内以低频对齐EOB和数值波形，我们首先估计数值波形中的相位和幅度误差，然后通过校准少数EOB可调参数来最小化数值波形和EOB波形之间的差异。在等质量，自旋对齐的情况下，我们发现，数值和EOB（2，2）模式之间的相位和分数振幅差可以减少到0.01弧度和1%，分别在整个inspiral波形。在等质量、自旋反对齐的情况下，这些差异在螺旋和切入期间可以减小到0.13弧度和1%，并且在合并和振铃期间可以减小到0.4弧度和10%。在自旋对齐的情况下，波形一致性在数值误差范围内，而在自旋反对齐的情况下，波形一致性略高于数值误差。使用增强型LIGO和高级LIGO噪声曲线，我们发现EOB和数值（2，2）模式之间的重叠，在初始阶段和到达时间最大化，大于0.999的总质量为30- 200 Ms的二进制文件。除了前导（2，2）模式，我们比较了四个子前导模式。我们发现良好的振幅和频率之间的协议的EOB和数值模式的自旋配置考虑，除了（3，2）模式的自旋反对齐的情况下。我们认为，在（3，2）模式的较大差异是由于缺乏知识的后牛顿自旋效应在更高的模式。
2010-01-26 gr-qc
Building better spin models for merging binary black holes: Evidence for non-spinning and rapidly spinning nearly aligned sub-populations
最近的工作描绘了一个矛盾的肖像黑洞自旋分布在合并双星测量与引力波。一些分析发现，相当一部分的合并双星包含至少一个黑洞的自旋倾斜$>90^\circ$相对于轨道角动量矢量，这已被解释为一个签名的动态组装。其他分析发现，数据是一致的双峰人口，其中一些双星包含黑洞与可忽略的自旋，而其余的包含黑洞的自旋矢量优先与轨道角动量矢量对齐。在这项工作中，我们仔细检查模型的分布黑洞自旋，以查明可能的故障模式，该模型产生一个错误的结论。我们重新分析数据从第二个LIGO-室女座引力波瞬态目录（GWTC-2）使用修订的自旋模型，它允许一个子群的黑洞可以忽略不计的自旋。与Roulet等人最近的结果一致，我们发现GWTC-2的检测结果与两个不同的亚群是一致的。我们估计合并双星的$29-75\%$（90\%可信区间）包含自旋可忽略的$χ\approx 0$的黑洞。剩下的双星是第二个子群的一部分，其中自旋矢量优先（但不完全）与轨道角动量对齐。第二个子群中的黑洞的特征是自旋为$χ\sim0.45$。我们认为，推断的自旋分布是一致的假设，所有合并的双星形式通过字段形成的情况。
2022-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Self-gravitating disks around rapidly spinning, tilted black holes: General relativistic simulations
我们进行广义相对论模拟的自引力黑洞磁盘中的黑洞的自旋显着倾斜（$45^\circ$和$90^\circ$）相对于磁盘的角动量和磁盘的黑洞质量比为$16\%-28\%$。这些黑洞以无量纲的速度快速旋转，旋转速度高达$\sim 0.97$。这些是第一个自洽的流体动力学模拟这样的系统，这可能是多信使天文学的主要来源。特别是倾斜的黑洞-盘系统导致：i）黑洞进动; ii）盘进动和围绕黑洞的翘曲; iii）与对准/反对准系统相比，Papaloizou-Pringle不稳定性的饱和更早，尽管具有更短的模式生长时间尺度; iv）获得小的黑洞反冲速度; v）通过各种模式发出的引力波显著超过典型的$(2,2)$模式，但强度与之相当; vi）圆盘的角动量与黑洞自旋广泛对齐的可能性。该对齐与Bardeen-Petterson效应无关，类似于实体旋转。我们的模拟表明，我们模型中的任何电磁光度都可能为相对论性喷流提供动力，例如那些表征短伽马射线暴的喷流。根据黑洞-盘系统的尺度，引力波可以被LIGO/Virgo、LISA和/或其他激光干涉仪探测到。
2022-09-09 astro-ph.HE gr-qc
