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
Transition from adiabatic inspiral to plunge into a spinning black hole
质量为μ的测试粒子在质量为M >> μ的克尔黑洞的束缚测地线上，随着引力辐射从其轨道中提取能量和角动量，它将缓慢地螺旋上升。当轨道周期比辐射能量的时间尺度短得多时，这种螺旋可以被认为是绝热的，而当径向速度比方位角速度小得多时，这种螺旋可以被认为是准圆形的。尽管在μ << M的情况下，内旋总是保持绝热，但当粒子接近最内层稳定圆轨道（ISCO）时，准圆近似就失效了。在本文中，我们放松了准圆近似，并解决了径向运动方程显式附近的ISCO。我们使用测试粒子的4-速度保持适当归一化的要求来计算其能量和角动量之间的差的新贡献。这种差异决定了黑洞的自旋在测试粒子合并后如何变化，并且可以外推以帮助预测有限质量比黑洞合并中产生的最终黑洞的质量和自旋。我们的新贡献对于几乎最大旋转的黑洞特别重要，因为它可以影响合并是否产生裸奇点。
2011-05-20 astro-ph.CO gr-qc
Black Hole Mergers and Unstable Circular Orbits
描述了最近在广义相对论下对一类等质量、非自旋、偏心双黑洞系统合并的数值模拟。我们表明，与适当的微调的初始条件的参数空间的区域，我们表示的阈值立即合并，二进制进入一个阶段的密切相互作用的近圆形轨道，停留在那里的时间量成正比的对数距离的阈值参数空间，然后分离或合并，形成一个单一的克尔黑洞。为了更好地理解这一现象，我们研究了中心Kerr黑洞赤道测地线演化中的一个类似问题。对于适当的初始条件，也存在类似的捕获阈值，并且调整到阈值，测地线接近克尔时空的一个不稳定的圆形测地线。值得注意的是，与自然映射的参数的测地线的等质量系统，标度指数描述的漩涡阶段的每个系统原来是非常相似的。武装与此孤独的一块证据表明，一个近似的对应关系可能存在于近阈值的测地线和通用的二进制合并的演变，我们说明了如何使用这些信息来估计的横截面和能量发射的超相对论性黑洞散射问题。这可能最终用于在额外维度的情况下，在大型强子对撞机的部分子碰撞产生的黑洞的相关问题提供估计。
2007-06-22 gr-qc hep-ph hep-th
An autoencoder-based surrogate waveform model for quasi-circular binary-black-hole mergers
Universitat de València（瓦伦西亚大学）；University of Valencia（瓦伦西亚大学）；Universidade do Minho（米尼奥大学）
本文提出基于自编码器的替代波形模型AESur3dq8，用于快速生成准圆形二黑洞并合的高精度波形，实现高效模板库构建并验证其与数值相对论的匹配度。
2026-10-28 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Confusing Head-On Collisions with Precessing Intermediate-Mass Binary Black Hole Mergers
我们报告的引力波信号之间的简并从准圆进动黑洞合并和那些极端偏心合并，即迎面碰撞。使用准圆形双星模型对迎面碰撞的数值模拟信号进行模型选择，我们发现，对于15和25的信噪比，典型的高级LIGO观测，与$M\in (125,300)M_\odot$和$M\in (200,440)M_\odot$各自总质量的迎面合并将被识别为旋进准圆形中等质量黑洞双星，位于更大的距离。排除正面碰撞的情况需要使用目前不存在的正面碰撞波形模型进行模型选择，同时将天体物理学驱动的先验应用于这些事件的（罕见）发生。我们表明，在紧凑的二进制文件的标准参数推断的情况下，可能会报告组件质量内（外）对不稳定超新星间隙，真正的对象可能是一个迎面合并质量外（内）这个差距。我们简要讨论了这些发现对最近引力波探测GW 190521的潜在影响，我们在[Phys. Rev. Lett. 126，081101]。
2021-05-17 gr-qc
An eccentric binary black hole inspiral-merger-ringdown gravitational waveform model from numerical relativity and post-Newtonian theory
本文提出了一种计算非自旋偏心双黑洞系统的螺旋、合并和衰荡引力波形的方法。使用后牛顿展开来计算螺旋波形，并且通过内插少量准圆形NR波形来计算合并波形。圆形合并波形的使用是可能的，因为偏心双星在合并前的最后几个周期中循环，我们证明了质量比$q = m_1/m_2 = 3$。完整的模型被校准到23个数值相对论（NR）模拟，从合并前的约20个周期开始，偏心率$e_\text{ref} \le 0.08$和质量比$q \le 3$，其中$e_\text{ref}$是合并前的偏心率约7个周期。NR波形足够长，使得对于具有总质量$M \ge 80 M_\odot$（$230 M_\odot$）的BBH系统，它们在30 Hz（10 Hz）以上开始。我们发现，对于先进的LIGO在其第一次观测运行时的灵敏度，偏心模型具有超过97%的NR的忠实性与系统的总质量$M \ge 85 M_\odot$在整个参数空间（$e_\text{ref} \le 0.08, q \le 3$）。对于总质量为$M \ge 70 M_\odot$的系统，对$e_\text{ref} \lesssim 0.05$和$q \le 3$的忠实度超过97%。该模型的NR波形和Mathematica代码是公开的。
2017-09-06 gr-qc
Eccentric binary neutron star mergers
中子星双星提供了丰富的引力波和合并残留物方面的现象。然而，大多数广义相对论研究都是针对近圆双星进行的，除了正面碰撞。我们提出了第一个数值相对论调查的合并偏心等质量中子星双星探测之间的制度头和圆形。除了由轨道运动产生的引力波，我们发现，该信号还包含一个强大的组成部分，由于恒星振荡（f-模式）引起的潮汐力，扩展了经典的结果为牛顿双星。合并可以导致相当大的磁盘的数量级的10%的总初始质量。
2013-01-08 astro-ph.HE gr-qc
Testing mirror symmetry in the Universe with LIGO-Virgo black-hole mergers
本研究利用LIGO-Virgo黑洞并合数据，通过Chern-Pontryagin赝标量观测净圆偏振，检验宇宙镜面对称性，发现至少82%的源产生净圆偏振，GW200129以93.1%概率显示镜面不对称，暗示量子效应可自发发射圆偏振光子。
2024-12-17 astro-ph.HE gr-qc
Physics-inspired deep learning to characterize the signal manifold of quasi-circular, spinning, non-precessing binary black hole mergers
National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心）；Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系）；Department of Astronomy, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校天文学系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气与计算机工程系）
双黑洞合并的自旋分布包含了关于这些物体形成通道的关键信息，以及它们形成、演化和合并的天体物理环境。为了量化深度学习对描述准圆形、自旋、非旋进二元黑洞合并信号流形的适用性，我们引入了一个修改后的WaveNet版本，该版本采用了一种新的优化方案，该方案结合了天体物理学黑洞自旋特性的广义相对论约束。使用在NRHybSur3dq 8有效性范围内生成的150万个$\ell=|m|=2$波形对神经网络模型进行训练、验证和测试，即，质量比$q\leq8$和单个黑洞自旋$ | s^z_{\{1,\,2\}} | \leq 0.8$。使用这个神经网络模型，我们量化了在没有噪声的情况下，我们可以准确地推断出黑洞合并的天体物理参数。我们通过计算测试数据集中的波形与相应信号之间的重叠来做到这一点，这些信号的质量比和单个自旋由我们的神经网络预测。我们发现，收敛的高性能计算和物理启发的优化算法，使准确重建的质量比和个别自旋的二进制黑洞合并在考虑的参数空间。这是在实际探测场景中利用物理学启发的深度学习模型重建二元黑洞合并自旋分布的重要一步。
2020-08-25 astro-ph.IM cs.AI gr-qc
Gravitational Waves from Quasi-Circular Black Hole Binaries in Dynamical Chern-Simons Gravity
动力学陈-西蒙斯引力不能用目前的实验来强约束，因为它在弱场极限下归结为广义相对论。然而，这一理论引入了非线性动力学机制的修正，因此，它可能会受到来自黑洞双星后期螺旋的引力波的极大限制。我们完成了该理论中此类引力波的首次自洽计算。对于有利的自旋方向，先进的地面探测器可以将现有的太阳系约束改善6个数量级。
2020-01-02 astro-ph.CO gr-qc
Characterization of numerical relativity waveforms of eccentric binary black hole mergers
我们介绍了一种方法来量化的初始偏心率，引力波频率，和平均异常的数值相对论模拟，描述非旋转的黑洞在中等偏心轨道。我们证明，这种方法提供了一个强大的特性偏心二进制黑洞合并与质量比$q\leq10$和偏心率$e_0\leq0.2$ 15个周期前合并。通过计算与准圆相对论波形的重叠，定量计算了文献[1]中介绍的各种偏心数值相对论波形的圆化率，发现它们在合并前的$50M$与${\cal{O}}\geq0.99$重叠，为质量比为$q\leq10$的中等偏心双星黑洞合并的圆化提供了证据.我们还量化了偏心二进制黑洞合并的表征，包括高阶波形模式的重要性。使用两种类型的数值波形，一个包括$(\ell, \, |m|)= \{(2,\,2),\, (2,\,1),\, (3,\,3),\, (3,\,2), \, (3,\,1),\, (4,\,4),\, (4,\,3),\, (4,\,2),\,(4,\,1)\}$和一个只包括$\ell=|m|=2$模式，我们发现，这两类波形之间的重叠是低$q=10$偏心二进制黑洞合并${\cal{O}}=0.89$，强调需要包括高阶波形模式的描述这些引力波源。我们讨论了这些发现对未来源建模和引力波探测工作的影响。
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave signatures of mirror (a)symmetry in binary black hole mergers: measurability and correlation to gravitational-wave recoil
本研究探究双黑洞并合中镜像不对称性的引力波表征量斯托克斯赝标量$V_{\ m GW}$，发现其与最终黑洞螺旋度线性相关，且NRSur7dq4模型可在高信噪比下无偏测量该量。
2025-10-30 gr-qc hep-ph
Merger estimates for rotating Kerr black holes in modified gravity
在本文中，我们探讨了非旋转和旋转黑洞合并的签名在无物质的修改引力。首先，我们利用测地线运动求解不稳定的圆零轨道和最内层稳定的圆类时轨道。通过改变黑洞的自旋和引力的标量场参数，系统地分析了这些轨道的特征量。在此基础上，我们从光环模/准正规模对应的角度研究了衰荡模。合并后的黑洞的最终自旋也是用Buonanno-Kidder-Lehner方法估计的。详细研究了几种黑洞并合情形。这些结果表明黑洞并合与引力的标量场参数密切相关。
2018-07-26 gr-qc hep-th
Dynamical evolution of quasi-circular binary black hole data
研究了双黑洞数据的完全非线性动力学演化，其轨道参数由确定准圆轨道的有效势方法确定。所研究的情况范围从库克-鲍姆加特最内层稳定圆形轨道（ISCO）到远远超过这一间隔。在所有的情况下，我们发现黑洞在不到半个轨道周期的时间内合并（由共同的视视界的出现来确定）。数值模拟的结果表明，最初的黑洞实际上并不是在准圆形轨道上，而是它们实际上几乎在一起。通过对最终视界的动力学研究，确定最终黑洞的物理参数，如自旋、质量和振荡频率，揭示了内旋过程的信息。我们发现，相当大的分辨率是需要从合并过程中形成的最终黑洞中提取准确的物理信息，并在合并过程中强烈激发最终孔的准正常模式。对于ISCO的情况下，通过比较物理测量的最终形成的黑洞的初始数据，我们估计，在合并过程中辐射的总能量不到3%。
2005-05-17 gr-qc
Interpretable AI forecasting for numerical relativity waveforms of quasi-circular, spinning, non-precessing binary black hole mergers
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）
我们提出了一个深度学习人工智能模型，能够学习和预测描述准圆形，旋转，非旋进二元黑洞合并的数值相对论波形的后期螺旋，合并和振铃。我们使用的NRHybSur3dq8代理模型产生训练，验证和测试集的$\ell=|m|=2$波形，覆盖参数空间的二进制黑洞合并与质量比$q\leq8$和个人自旋$|s^z_{\{1,2\}}| \leq 0.8$。这些波形覆盖时间范围$t\in[-5000\textrm{M}, 130\textrm{M}]$，其中$t=0M$标记合并事件，定义为波形幅度的最大值。我们利用阿贡领导力计算设施的ThetaGPU超级计算机，使用150万个波形的训练集来训练我们的AI模型。我们使用了16个NVIDIA DGX A100节点，每个节点由8个NVIDIA A100 Tensor Core GPU和2个AMD Rome CPU组成，在3.5小时内完全训练了我们的模型。我们的研究结果表明，人工智能可以准确地预测数值相对论波形的动态演化的时间范围$t\in[-100\textrm{M}, 130\textrm{M}]$。对190，000个波形的测试集进行采样，我们发现目标波形和预测波形之间的平均重叠在所考虑的整个参数空间上为$\gtrsim99\%$。我们还将科学可视化和加速计算相结合，以确定我们模型的哪些组件从早期和晚期波形演变中获取知识，以准确预测数值相对论波形的后期部分。…
2022-01-17 astro-ph.IM cs.AI gr-qc
AI and extreme scale computing to learn and infer the physics of higher order gravitational wave modes of quasi-circular, spinning, non-precessing binary black hole mergers
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Chicago（芝加哥大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
我们使用人工智能（AI）来学习和推断准圆形，旋转，非旋进的二元黑洞合并的高阶引力波模式的物理。我们使用1400万个波形训练人工智能模型，这些波形是由代理模型NRHybSur3dq8产生的，其中包括高达$\ell \leq 4$和$(5,5)$的模式，除了$(4,0)$和$(4,1)$，它们描述了具有质量比$q\leq8$、单个自旋$s^z_{\{1,2\}}\in[-0.8, 0.8]$和倾角$θ\in[0,π]$的二进制。我们的概率人工智能代理可以准确地约束质量比、单个自旋、有效自旋、以及描述这种信号流形的数值相关性波形的倾斜角。我们将我们的AI模型的预测与高斯过程回归，随机森林，k最近邻和线性回归进行了比较，并通过PyCBC推理工具包与传统的贝叶斯推理方法进行了比较，发现AI在准确性方面优于所有这些方法，并且比传统的贝叶斯推理方法快三到四个数量级。我们的人工智能代理人在Summit超级计算机的1，536个NVIDIA V100 GPU上使用分布式训练在3.4小时内完成了训练。
2022-10-27 astro-ph.IM cs.AI gr-qc
Gravitational Waveforms for Precessing, Quasi-circular Binaries via Multiple Scale Analysis and Uniform Asymptotics: The Near Spin Alignment Case
我们计算分析重力波形在时域和频域旋进准圆双星与任意大小的自旋，但几乎对齐的轨道角动量。我们首先推导出一个分析解决方案的进动方程扩展的失调角，并使用多尺度分析，以分离的时间尺度。然后，我们使用统一的渐近展开分析傅立叶变换的时域波形，从而延长了固定相位近似，当进动是失败的。所得到的频域波形家族具有高度重叠的数值波形通过直接整合后牛顿运动方程和离散傅立叶变换。这一波形族为在解析引力波形中准确地包含自旋进动效应奠定了基础，从而有助于从旋进双星系统的旋进相位中探测引力波信号并进行参数估计。
2013-05-08 astro-ph.CO gr-qc
Binary Black Holes in Quasi-Stationary Circular Orbits
本文提出了一种确定近似描述准定常圆轨道双黑洞的广义相对论约束方程解的方法。具有任意线性动量的黑洞是按照勃兰特和布鲁格曼提出的方法构造的。准定常圆轨道由ADM质量的局部极小值确定，其方式类似于鲍姆加特和库克;然而，我们不是固定视视界的面积，而是固定空洞的裸质量的值。我们数值生成一个进化序列的准静止圆形轨道，并包括最内层的稳定圆形轨道。我们比较我们的结果与后牛顿的期望，以及库克和鲍姆加特的结果。我们还产生额外的数值结果描述的几何形状的动力学由于引力辐射的发射。
2002-05-18 gr-qc
Characterizing the breakdown of quasi-universality in the post-merger gravitational waves from binary neutron star mergers
双星中子星合并后的引力波辐射有望为稠密物质状态方程提供新的约束条件。这样的约束依赖于，大体上，在准普遍的关系，其中涉及合并后的GW频谱的峰值频率的属性的中子星的结构在一个模型独立的方式存在。在这项工作中，我们报告违反现有的准普适关系之间的峰值光谱频率，f_2，和恒星半径，EoSs模型与向后弯曲的斜坡在其质量半径的关系（这样的半径增加，在高质量）。违规行为是极端的，在eos之间的f_2变化高达~600 Hz，预测1.4 Msun中子星的半径相同，但在更高的质量有显着不同的半径。准普适性可以通过在拟合公式中添加第二个参数来恢复，该参数取决于质量-半径曲线的斜率。我们进一步发现强有力的证据表明，准普适性是更好地保持非常大质量的恒星（质量2 Msun）的半径。这两种说法都意味着f_2主要对高密度EoS敏感。结合双螺旋中子星的观测，这些广义准普适关系可以同时推断出中子星质量-半径关系的特征半径和斜率。
2022-07-06 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic mergers of black hole binaries have large, similar masses, low spins and are circular
引力波是广义相对论的一个预言，随着地面探测器以其先进的配置运行，我们很快就能第一次直接测量它们。恒星质量黑洞的双星是这些探测器最感兴趣的来源之一。不幸的是，与该问题相关联的许多不同参数使得难以迅速产生用于在数据流中搜索的大量波形。为了减少开发模板的数量，必须将一些物理参数限制在通过（电磁）观测或理论建模预测的一定范围内。在这项工作中，我们表明，“超恒星”黑洞（HSB）与质量$30 \lesssim M_{\rm BH}/M_{\odot} \lesssim 100$，即黑洞显着大于标称$10\,M_{\odot}$，将有一个相关的低自旋值，即$a<0.5$。我们证明，这是真实的，无论形成通道，当两个HSB建立一个二进制，每个自旋幅度也很低，和二进制成员有类似的质量。我们还使用一系列三体散射实验来解决致密恒星系统中HSB联星的偏心率分布，这些实验包括联星-单星相互作用和具有高精度积分器的长寿命分层系统，包括高达${\cal O}(1/c^5)$的相对论修正。我们发现，大多数源的检测器带将有近零的偏心率。大而相似的质量、低自旋和低离心率之间的这种相关性将有助于加速对引力波信号的搜索。
2016-02-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Small mass plunging into a Kerr black hole: Anatomy of the inspiral-merger-ringdown waveforms
我们在时域数值求解Teukolsky方程，得到了小质量粒子在Kerr黑洞赤道面上的引力波辐射。我们占轨道能量的耗散使用Teukolsky频域引力波通量圆形，赤道轨道，到光环。我们考虑Kerr自旋$-0.99 \leq q \leq 0.99$，并计算了（2，2），（2，1），（3，3），（3，2），（4，4）和（5，5）模式。我们研究大自旋制度，并发现一个非常简单的合并波形，由于暴跌轨道的极端圆形字符。我们还定量地研究了在衰荡过程中准正规模的混合，这会导致波形中复杂的振幅和频率调制。最后，我们解释了小质量比黑洞双星的研究如何有助于扩展有效的单体模型的可比质量，旋转黑洞双星的任何质量比和自旋幅度。
2014-04-07 gr-qc
Quasinormal ringing of Kerr black holes. III. Excitation coefficients for equatorial inspirals from the innermost stable circular orbit
Gran Sasso Science Institute（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，大萨索国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究了Kerr黑洞最内稳定圆轨道上点粒子坠落时激发的准正常模式，发现高阶泛音和高阶模式在快速旋转黑洞中更为显著。
2025-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational and electromagnetic radiation from binary black holes with electric and magnetic charges: Circular orbits on a cone
导出了带电荷和磁荷的双音黑洞双星的运动方程，并探讨了静态轨道的特征。利用包含辐射反应的牛顿方法，计算了圆轨道上引力辐射和电磁辐射的能量和角动量的总发射率。此外，我们还得到了双子双星的轨道演化和并合时间。我们发现，电和磁电荷显着抑制的合并时间的双子双星。我们的结果提供了关于双子双星的丰富信息，并可用于检验带磁荷的黑洞。
2020-11-18 gr-qc hep-ph
Circularization and Final Spin in Eccentric Binary Black Hole Inspirals
本文给出了等质量、非自旋双黑洞螺旋和合并的数值相对论模拟结果，初始偏心率e <= 0.8，坐标间距D >= 12 M，最多9个轨道（18个引力波周期）。我们提取了最后一个黑洞的质量M_f和自旋a_f，发现当偏心率e < 0.4时，a_f/M_f = 0.69和M_f/M_adm = 0.96与初始偏心率无关，这表明双星在合并时刻已经圆化。当e > 0.5时，黑洞不是绕轨道运动，而是坍缩运动，在e = 0.5附近，我们得到了最大自旋参数a_f/M_f = 0.72。
2008-07-02 astro-ph gr-qc
Complete gravitational-waveform amplitude modes for quasi-circular compact binaries to the 3.5PN order
我们完成了非自旋致密双星的引力波形振幅的计算，在准圆形的情况下，第三个半后牛顿（PN）的顺序。这是通过执行振幅的自旋加权球谐分解来完成的。该计算使用后牛顿-多极-后闵可夫斯基形式主义来实现。振幅模式以PN扩展的方式以及适合于EOB模板构建的因子分解形式写入。结合前人的工作，我们在补充材料中给出了3.5PN阶非旋进准圆双星的包含所有非旋进和旋进效应的模的表达式。
2022-11-29 gr-qc
Inspiral, merger and ring-down of equal-mass black-hole binaries
本文研究了由相对论数值模拟得到的等质量黑洞双星合并的动力学和引力波辐射。详细讨论了对应于不同初始分离度的黑洞的三组初始数据的演化结果。我们发现，一个很好的近似的螺旋阶段的演变是准圆形，其次是一个“模糊，准圆形暴跌”，然后合并和环下。我们提出了一阶的合并和数值结果的各个阶段的分析模型之间的比较。我们提供的数值计算结果和分析预测的基础上的绝热牛顿，后牛顿（PN），和非绝热的时间-PN模型之间的比较。从GW的振铃部分，我们提取的基本准正常模式和几个泛音。最后，我们估计的最佳信噪比典型的二进制检测GW实验。
2007-06-22 astro-ph gr-qc
Quasi-circular orbits of conformal thin-sandwich puncture binary black holes
我构造的初始数据等质量无旋的二元黑洞使用共形薄三明治穿刺（CTSP）的方法。我定位准圆轨道使用有效势的方法，并估计的最内稳定圆轨道（ISCO）的位置。ISCO的预测是一致的共形薄夹层数据使用切除技术的结果。这些结果还表明，ISCO预测的有效势和ADM-Komar质量比较方法同意共形薄三明治数据，就像他们做的Bowen-York数据。
2005-08-23 gr-qc
Setting the cornerstone for the IMRPhenomX family of models for gravitational waves from compact binaries: The dominant harmonic for non-precessing quasi-circular black holes
在本文中，我们提出了IMRPhenomXAS，IMRPhenomD [1，2]波形模型的彻底检修，它描述了占主导地位的$l=2, \:| m | = 2$球谐模式的非旋进合并黑洞在频域中的分段封闭形式的表达式。改进包括特别是不平等的自旋效应的准确处理，并列入极端的质量比波形。IMRPhenomD之前已经扩展到近似包括自旋进动[3]和次优势球谐函数[4]，并且随着其扩展，它已经成为引力波参数估计的标准工具。IMRPhenomXAS的改进扩展在配套论文中讨论[5，6]。
2020-01-30 astro-ph.CO gr-qc
Three-dimensional initial data for the collision of two black holes II: Quasi-circular orbits for equal-mass black holes
在共形成像理论的框架下，研究了在准圆轨道上的二元黑洞构型的初始数据集的构造。一个有效的潜在的方法定位准圆轨道概述了一般情况下的两个洞的任意大小和任意自旋。这样的轨道是明确确定的情况下，两个相同大小的非旋转孔，最内层的稳定准圆轨道的位置。这个最内层的轨道的特点相比，以前的估计，和整个序列的准圆轨道相比，从后牛顿近似的结果。这些数据集的数值演变的一些方面进行了探讨。
1994-04-25 astro-ph gr-qc
Quasiuniversal properties of neutron star mergers
利用非线性3+1数值相对论模拟和解析有效单体模型研究了双中子星合并。EOB模型预言了质量重标度的引力波频率与合并时刻的结合能之间的准普适关系，以及某些无量纲的双星潮汐耦合常数，这些常数取决于恒星的勒夫数、紧致度和双星质量比.这些关系式是准普适的，因为对于给定的潮汐耦合常数，它们既不依赖于状态方程，也不依赖于质量比，尽管它们确实依赖于恒星的自旋。对于与轨道角动量对齐的小自旋，自旋依赖性近似为线性。准普适性是保守动力学的一个属性;非平凡的关系出现的二元相互作用成为潮汐占主导地位。这一分析预测是定性一致的新的，多轨道数值相对论的结果等质量无旋双星的相关情况。因此，普遍的关系，预计中子星合并动力学的特点。在引力波天文学的背景下，这些普遍的关系可以用来约束中子星状态方程，使用精确模拟合并的波形。
2014-06-06 astro-ph.HE gr-qc
Computation of gravitational waves from inspiraling binary neutron stars in quasiequilibrium circular orbits : Formulation and calibration
用本文提出的一种近似方法计算了准平衡圆轨道上中子星双星的引力波。在该方法的第一步中，我们制备了在准平衡圆轨道上的广义相对论无旋中子星，忽略了引力波。本文采用所谓的三度规共形平坦近似来获得准平衡态。在第二步中，我们计算引力波，在准平衡态的背景时空中求解线性微扰方程。通过与后牛顿引力波的波形和光度的比较，证明了该方法可以得到精确的引力波波形和光度。结果表明，中子星的潮汐形变效应和强广义相对论引力修正了近轨道致密双中子星的后牛顿结果。我们指出，准平衡态的系统误差的大小与共形平坦近似是相当大的密切和紧凑的双中子星。提出了几种提高准平衡态计算精度的方法。
2001-09-07 gr-qc
Study of eccentric binary black hole mergers using numerical relativity and an inspiral-merger-ringdown model
本研究实现并验证了偏心双黑洞波形模型\texttt{EccentricIMR}，确认其在一定偏心率与质量比范围内与数值相对论数据匹配良好，还用于交叉比对不同星表数据、检验圆轨道并合模型及探究平近点角的作用。
2024-03-06 gr-qc
Dynamical Mass Ejection from Binary Neutron Star Mergers
本文采用与温度和成分相关的核物质状态方程，对中子星合并过程进行了广义相对论模拟。我们研究了准圆合并和动态捕获偏心合并的动态质量喷射。我们系统地改变我们的治疗水平的微观物理隔离中微子冷却和加热的影响，我们计算出的喷出物的核合成产率。我们发现，偏心双星可以喷出显着更多的材料比准圆双星，并产生明亮的红外和无线电发射。在我们所有的模拟外流是由潮汐和冲击驱动的喷出物的组合，主要分布在一个广泛的$\sim 60^\circ$角从轨道平面，并在较小程度上，由热驱动的风在高纬度地区。从偏心合并的喷出物通常比准圆形合并的中子更丰富。我们发现中微子冷却和加热的影响，定量和定性，成分，形态和总质量的流出。这也反映在双星的红外和无线电特征中。喷出物的最终核合成产率是鲁棒的和不敏感的输入物理或合并类型的第二和第三r-过程峰的区域。第一峰上元素的产率在我们的模拟之间有所不同，但我们的模型都无法解释太阳第一峰元素的丰度，而不需要从合并后较长时间尺度上运行的中微子和粘性驱动风，或从核心坍缩超新星中调用额外的第一峰贡献。
2016-05-12 astro-ph.HE gr-qc
Effective one body multipolar waveform model for spin-aligned, quasi-circular, eccentric, hyperbolic black hole binaries
基于最近的工作，我们提出了一个改进的有效单体（EOB）模型的自旋对齐，合并，黑洞的一般轨道配置，即准圆形，偏心或双曲线轨道的双星。该模型依赖于将一般的牛顿前因子，而不是通常的准圆形的，在辐射反应和波形的想法。相对于以前的工作的主要进展是，准圆极限的模型，现在正确地告知数值相对论（NR）准圆模拟。这提供了EOB/NR不忠实的占主导地位的四极波形，计算与先进的LIGO噪声，在$1\%$的顺序在一个有意义的部分，准圆形NR模拟计算的模拟极限时空（SXS）的合作。在偏心率存在的情况下，该模型在28个公开的SXS NR数据集上同样是NR-忠实的，$\lesssim 1\%$，初始偏心率高达$\simeq 0.2$，质量比高达$q=3$，无量纲自旋幅度高达$+0.7$。更高的多极子，直到$\ell=5$也可靠地模拟通过偏心inspiral，暴跌合并和ringdown。对于双曲状配置，我们还表明，EOB计算的散射角是在良好的协议与所有目前可用的NR结果。
2021-04-14 gr-qc
Time-domain inspiral templates for spinning compact binaries in quasi-circular orbits
提出了一种计算沿准圆轨道旋转的致密双星的时域引力波（GW）偏振态的方法。我们调用轨道角动量${\bf L}$而不是它的牛顿对应物${\bf L_{\rm N}}$来描述的轨道和两个自旋矢量是自由指定的源帧与总角动量的初始方向。我们讨论了我们的方法的各种影响。
2015-06-09 gr-qc
Quasi-circular Orbits for Spinning Binary Black Holes
使用有效势方法，我们研究二元黑洞的个别孔进行自旋。我们跟踪序列的准圆轨道，并找到最里面的稳定的圆轨道作为自旋的函数。在大的分离，准圆轨道的序列匹配以及后牛顿展开，虽然一个明确的签名的简化假设的共形平坦性被认为是。发现ISCO的位置强烈依赖于每个黑洞的自旋大小。当两个空穴相距很近时，有效势法就失效了。在所有的情况下，可以确定一个ISCO，我们发现，一个明显的地平线，包括两个孔形式的分离以及内部的ISCO。然而，我们认为，一个共同的地平线的形成仍然是与有效势方法的故障。
2000-06-22 gr-qc
The Cost of Circularity: Quantifying Eccentricity-Induced Biases in Binary Black Hole Inference
University of Wisconsin–Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Florida（佛罗里达大学）
研究揭示了二进制黑洞推断中偏心率偏置问题，指出圆形波形模型在高偏心率下存在系统性偏差，强调偏心波形模型对准确推断的重要性。
2026-03-02 astro-ph.HE gr-qc
Searching for quasinormal modes from Binary Black Hole mergers
Institute of Mathematics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院数学研究所）；National Center for Nuclear Research（国家核研究中心）
本文提出一种基于最大似然估计的新方法，用于在双黑洞并合残余的环形衰减中搜索引力波quasi-normal模式，通过蒙特卡洛模拟验证了该方法在LIGO、Einstein Telescope、Cosmic Explorer和LISA等探测器数据中的性能。
2025-08-10 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Eccentricity Effects on Modeling Dynamic Quantities and Their Correlations in Binary Black Hole Mergers
本文研究BBH并合中偏心率对辐射量振荡及峰值光度、遗迹质量、自旋、反冲速度等动力学量的影响，通过包络分析和多项式建模揭示更宽取值域及相关性约束。
2025-01-08 astro-ph.HE gr-qc
Kicking time back in black-hole mergers: Ancestral masses, spins, birth recoils and hierarchical-formation viability of GW190521
本研究通过贝叶斯框架反推GW190521祖辈黑洞性质，评估其层级形成概率，发现准圆并合在核星团中可行，偏心并合在球状星团中不可行。
2024-11-08 astro-ph.HE gr-qc
Probing the Binary Black Hole Merger Regime with Scalar Perturbations
我们提出的结果通过散射标量场关闭的弯曲背景的合并的二元黑洞系统。一个无质量的标量场是在一组固定的背景上演化的，每一个背景都由一个在二元黑洞合并过程中数值生成的空间超曲面提供。我们发现，一旦一个共同的视视界包围着两个黑洞，从合并区域散射的标量场将呈现出拟正规振铃。这发生早于微扰制度的开始测量的重力波形中的准正规振铃的开始。我们还使用标量拟正规频率关联的质量和自旋与每个超曲面，并观察这种措施的兼容性与视界质量和自旋从动力学视界框架计算。
2008-01-23 gr-qc
Binary black hole merger waveforms in the extreme mass ratio limit
讨论了两个质量分别为$m_1$和$m_2$的非旋转黑洞系统在极端质量比极限$m_1m_2\ll (m_1+m_2)^2$下从准圆内旋到坍落的转变.在此限制下，我们比较了通过两种不同方法获得的合并波形：{ \it数值}（Regge-Wheeler-Zerilli）方法和{ \it分析}（Effective One Body）方法。这被视为分析和数值方法之间的匹配的贡献。
2007-02-09 gr-qc
Circular orbits and related quasi-harmonic oscillatory motion of charged particles around weakly magnetized rotating black holes
本文研究了在外部渐近均匀磁场中旋转黑洞场中带电粒子的运动，主要研究了赤道面附近的周转准圆轨道。根据运动的正则角动量的符号和洛伦兹力的方向，将圆轨道分为四类，用所谓的力的形式分析圆轨道。我们得到了圆轨道的速度、比角动量和比能量的径向分布与黑洞无量纲自旋和磁场强度的关系的解析解。对于所有四类圆轨道，确定了最内层稳定圆轨道。具有外向洛伦兹力的稳定圆轨道可以扩展到比相应光子圆测地线半径更小的半径。我们计算的频率的谐波振荡运动的带电粒子在径向和垂直方向的赤道圆轨道和研究的径向配置文件的径向，$ω_\mir$，垂直，$ω_\mit$，和轨道，$ω_\mip$，频率，发现显着差异相比，周转测地圆周运动。其中最重要的新现象是存在带$ω_\mir \sim ω_{\mit} >> ω_{\mip}$的环形带电粒子的行星运动，这种运动可能发生在带外向洛伦兹力的逆行圆轨道周围。我们证明，快速旋转的黑洞的“瓦尔德诱导电荷”的作用可以是相关的。
2016-03-23 gr-qc
Second and higher-order quasi-normal modes in binary black hole mergers
黑洞振荡是最重要的引力波源之一，也就是所谓的准简正模。我们建议，更高的微扰阶的QNM，产生的非线性引力相互作用的BH附近，是可检测的，值得寻找的观测和模拟的二进制BH合并。我们计算了二阶的度量扰动，并在视界和空间无穷远处明确地正则化了主方程。我们发现，二阶QNM的频率是一阶QNM的两倍，GW振幅是一阶QNM的约10%。QNM频率也将向蓝移高达~ 1%。这为广义相对论提供了一个新的检验，也是一个可能的距离指示器。
2007-08-03 astro-ph gr-qc
Properties of Quasi-local mass in binary black hole mergers
Radboud University（拉德堡德大学）；Albert-Einstein-Institut, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik（阿尔伯特·爱因斯坦研究所，马克斯·普朗克引力物理研究所）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications（北京国际数学研究中心）；Yau Mathematical Sciences Center, Tsinghua University（清华大学丘成桐数学科学中心）
本文研究了双黑洞并合过程中Wang-Yau准局部质量的性质，通过高精度数值模拟分析其行为，并探讨了其与不可约质量的差异及定义中的数学问题。
2023-08-19 gr-qc
Measuring orbital eccentricity and periastron advance in quasi-circular black hole simulations
比较了利用轨道变量和引力波相位及频率计算准圆双星黑洞系统轨道偏心率的不同方法。对于大约百分之一的偏心率，大多数方法都能令人满意地工作。然而，对于小的偏心率，引力波相位允许对偏心率进行特别干净和可靠的测量。此外，我们测量的轨道偏心率的衰减过程中的inspiral和找到合理的协议后牛顿的结果。最后，我们测量了非自旋双星黑洞的近星点推进，并将其与后牛顿近似进行了比较。随着近星点推进测量的不确定性较低，我们积极检测完全数值模拟和后牛顿计算之间的偏差。
2010-04-27 gr-qc
Are eikonal quasinormal modes linked to the unstable circular null geodesics?
在Phys. Rev. D 79，064016（2009）中，声称任何静止的、球对称的和渐近平坦的黑洞在程函区域中发射的准正规模由圆零测地线的参数确定：准正规模的实部和虚部分别是圆零测地线的频率和不稳定时标的倍数。我们将在Einstein-Lovelock理论中考虑渐近平坦的黑洞，在程函区找到引力准正规模的解析表达式，并分析零测地线。比较这两种现象表明，在Einstein-Lovelock理论中，零测地线和准正规模之间的联系是不符合预期的。然而，在其他一些情况下也存在这种对应关系，在这里我们给出它的实际限度。
2017-06-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
From quasi-local definitions to a dynamical potential: A unified framework for evolving circular orbits in dynamical spacetimes
针对动力学时空中圆轨道定义因缺乏时间对称性而具挑战性的问题，本研究从粒子面的几何不变准局域定义出发建立统一框架，导出动力学势并证明其与准局域方法等价，应用于Oppenheimer-Snyder模型验证有效性，为时间依赖引力场轨道动力学分析提供稳健工具。
2025-11-18 gr-qc
Dynamical ejecta and nucleosynthetic yields from eccentric binary neutron-star mergers
随着最近出现的多信使引力波天文学和更灵敏的，下一代的引力波探测器的预期，我们调查的动力学，引力波发射，和核合成产量的众多偏心双中子星合并具有不同的状态方程。对于每个状态方程，我们改变周围的立即合并的阈值，以及二进制质量比的轨道特性。除了研究引力波发射，包括$f$模式振荡之前和之后的合并，我们耦合的动态喷出物输出的模拟核反应网络代码\texttt{SkyNet}计算核合成产率和比较的情况下，准圆形合并的相应结果。我们发现，动态喷射的材料的量和速度总是远远大于在准圆形的情况下，达到最大值的$M_{\rm ej, max} \sim 0.1 \, M_{\odot}$和$v_{\rm max}/c \sim 0.75$。与此同时，这种材料的性质对轨道的细节，如近心点距离或遭遇后的远点距离，相当不敏感。此外，虽然喷射物质的组成取决于轨道参数和状态方程，相对核合成产率不，从而表明kilonova签名可以提供动态捕获的中子星双星的轨道特性的信息。
2018-12-05 astro-ph.HE gr-qc
Octupolar invariants for compact binaries on quasi-circular orbits
我们扩展了引力自作用力的方法，以确定和计算新的$O(μ)$潮汐不变量的质量$μ$紧凑的身体上的准圆形轨道上的黑洞质量$M \gg μ$。在八极部门，我们发现7个新的自由度，由3+3保守/耗散的“电”不变量和3+1“磁”不变量，满足1+1和1+0跟踪条件。在克尔时空中的赤道圆轨道公式化之后，我们对史瓦西时空进行了显式计算。我们采用Lorenz规范和Regge-Wheeler规范数值代码，以及Mano，Suzuki和Takasugi的泛函级数方法。我们提出（i）高精度的数值数据和（ii）高阶解析后牛顿展开。我们证明了数值和分析结果之间的一致性，和以前的工作。我们将探讨这些不变量在有效的单体模型和二元黑洞初始数据公式中的应用，并对未来的工作进行讨论。
2015-05-17 gr-qc
Further clarification on quasinormal modes/circular null geodesics correspondence
任何静止的、球对称的、渐近平坦的或de Sitter黑洞的拟正规模和圆零测地线的参数之间的著名对偶性最初被认为是引力和测试场扰动。根据这种对偶性，$\ell \gg n$拟正规模的实部和虚部（其中$\ell$和$n$分别是多极数和泛音数）分别是圆零测地线的频率和不稳定时标的倍数。后来证明，对偶性只在测试场中得到保证，而在引力场和其他非最小耦合场中可能被打破。在这里，我们进一步指定的对偶性，并证明，即使当对偶性得到保证，它可能不代表全谱的$\ell \gg n$模式，错过了准正规频率，不能找到的标准WKB方法。特别是，我们表明，这总是发生在一个任意的渐近德西特黑洞，并进一步认为，在一般情况下，这可能是有关的拟正规谱的敏感性的边界附近的几何变形。
2022-10-20 gr-qc hep-th
Corotating and irrotational binary black holes in quasi-circular orbits
本文发展了一个完整的构造准平衡态黑洞双星初始数据的形式。一般来说，辐射反应禁止真正的平衡二元组态。然而，当轨道衰变的时间尺度比轨道周期长得多时，双星可以被认为是处于准平衡状态。如果假设每个黑洞都处于准平衡状态，那么就可以为所有的初始数据变量建立一套完整的边界条件。这些边界条件被应用在每个黑洞的视视界上，并且实际上迫使指定的表面成为视视界。一个全球性的假设，准平衡也被用来固定一些自由指定的初始数据和唯一固定的渐近边界条件。这种形式主义应允许建设完全一般的准平衡黑洞二进制的初始数据。
2001-09-04 gr-qc
Eccentric Black Hole-Neutron Star Mergers
在接下来的几年里，黑洞（BH）和中子星（NS）合并产生的引力波（GW）可能会被直接探测到，这使得对这些系统的深入理论理解成为一个高度优先事项。作为额外的动机，这些系统可以代表短持续时间伽马射线暴（sGRB）祖细胞的子集。BH-NS合并预计将导致原始的，准圆形的inspiral以及动态形成的捕获双星。后一种渠道允许高偏心率的合并，从而产生更丰富的结果。我们进行广义相对论模拟的BH-NS相互作用的范围内的碰撞参量，并发现这些事件的属性，有潜在的可观察到的后果，即GW签名，残留的吸积盘质量，和未绑定的材料量的显着变化。
2011-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
