Accurate inspiral-merger-ringdown gravitational waveforms for non-spinning black-hole binaries including the effect of subdominant modes
本文给出了一个解析波形族，它描述了非自旋黑洞双星的涡卷、合并和衰荡过程中的引力波，包括几种非四极模[（$\ell = 2, m = \pm 1), (\ell = 3, m = \pm 3), (\ell = 4, m = \pm 4)$和$(\ell = 2, m=\pm2)$除外）]的影响.我们首先构建自旋加权球谐模的混合波形匹配的数值相对论模拟（与质量比$1-10$）描述后期inspiral，合并和衰荡的二进制后牛顿/有效的一体波形描述早期inspiral。通过对混合波形的傅里叶变换进行建模，利用微扰计算得到的解析函数，在频域中构造解析波形族。由此产生的高精度，即用型波形是高度忠实（不忠实$\simeq 10^{-4} - 10^{-2}$）的观察GW从非旋转黑洞二进制和非常便宜的生成。
2017-08-11 gr-qc
Inspiral waveforms for spinning compact binaries in a new precessing convention
通常使用基于牛顿轨道角动量${\bf L}_{\rm N}$的进动约定来模拟一般旋转致密双星的螺旋引力波。这种进动惯例的一个关键特征是它能够从轨道相位演化中去除所有自旋进动引起的调制。然而，这种约定通常采用后牛顿（PN）精确的岁差方程，适用于PN精确的轨道角动量${\bf L}$，以发展基于${\bf L}_{\rm N}$的岁差源框架。这促使我们在旋进惯例中开发出旋转致密双星的螺旋波形，该惯例明确使用${\bf L}$来描述双星轨道。我们的方法介绍了某些额外的3PN阶项的轨道相位和频率演化方程相对于通常的${\bf L}_{\rm N}$为基础的实现的旋进公约。通过计算采用${\bf L}$和基于${\bf L}_{\rm N}$的处理约定的螺旋波形之间的匹配来探索这些附加项的含义。我们发现，匹配估计是小于最佳值，即0.97，对于一个不可忽略的部分不等质量旋转致密双星。
2016-06-06 gr-qc
Transition from inspiral to plunge in precessing binaries of spinning black holes
我们研究了自旋黑洞双星的非绝热动力学，通过使用一个完整的辐射-反作用力的分析哈密顿量，包含自旋耦合，这符合已知的准圆轨道上的能量和角动量损失率。我们考虑一个简单的后牛顿扩展的哈密顿量（包括自旋依赖项），和一个版本的有效的单体方法定义的图解后牛顿哈密顿量。我们重点讨论了自旋项对动力学和波形的影响。我们计算了在最后的螺旋和暴跌阶段释放的能量和角动量。对于等质量的双星，当使用更可靠的有效单体动力学时，发现在40 Hz和超过我们的分析处理变得不可靠的频率之间释放的能量为：反对齐的最大自旋黑洞为0.6% M，对齐的最大自旋黑洞为5% M，非自旋配置为1.8% M。为了证实以前的结果，我们发现，对于所考虑的所有双星，无量纲旋转参数J/E^2在螺旋的末端总是小于1，因此克尔黑洞可以在螺旋阶段之后立即形成。通过匹配准正常模式衰荡的最后一个可靠的阶段的暴跌，我们构建完整的波形近似描述的引力波信号发射的整个过程中的旋进双星的旋转黑洞。
2005-08-16 gr-qc
Spherical inspirals of spinning bodies into Kerr black holes
Institute of Theoretical Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学物理学院理论物理研究所）；Université Libre de Bruxelles, BLU-ULB Brussels Laboratory of the Universe, International Solvay Institutes（布鲁塞尔自由大学，BLU-ULB宇宙布鲁塞尔实验室，国际索尔维研究所）；School of Mathematics and Statistics, University College Dublin（都柏林大学学院数学与统计学院）
本文研究了 Kerr 黑洞中自转次体的球形进动，通过建模引力波辐射通量并评估自转对信号的影响，发现忽略自转会导致LISA可检测的不匹配。
2025-12-15 gr-qc
The Transition from Inspiral to Plunge for a Compact Body in a Circular Equatorial Orbit Around a Massive, Spinning Black Hole
对于质量为μ的致密天体，在环绕质量M>> μ的Kerr黑洞的圆形赤道轨道上，存在三种引力辐射反应诱导的内旋区域：（i）“绝热内旋区域”，在该区域内，天体通过一系列圆形测地线轨道逐渐下降。(ii)一个“过渡区”，靠近最内层的稳定圆轨道（isco）。(iii)“坍缩区”，即天体沿着测地线从略低于isco的地方进入黑洞的视界。本文给出了一个过渡区的分析处理，并表明，幸运的是，从过渡的引力波可能是可测量的空间为基础的LISA任务。
2000-03-08 gr-qc
Time-domain inspiral templates for spinning compact binaries in quasi-circular orbits described by their orbital angular momenta
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$\vek L$，而不是它的牛顿对应物$\vek L_{\rm N}$来描述的双轨道，而两个自旋矢量是自由指定的惯性系与初始方向的总角动量。我们表明，使用$\vek L$来描述的轨道导致额外的1.5PN阶振幅贡献的两个GW的偏振态相比，基于$\vek L_{\rm N}$的方法，并讨论我们的方法的一些影响。此外，我们提供了一个合理的处方GW相位的基础上，一些理论的考虑，这可能被视为自然的圆形限制GW相位的自旋紧凑型双星在吸气偏心轨道[Gopakumar A和Sch{ä}fer G 2011 { \em物理修订D} { \bf 84} 124007]。
2014-02-07 gr-qc
Estimating effective higher order terms in the post-Newtonian binding energy and gravitational-wave flux: Non-spinning compact binary inspiral
在绝热后牛顿（PN）近似下，通过将束缚能的变化与引力波（引力波）通量等效，计算了准圆轨道上螺旋形致密双星的引力波相位演化.该能量平衡方程可以以不同的方式求解，这导致PN波形的多个近似。由于PN展开的收敛性差，这些近似值在螺旋后期往往彼此不同。这些近似应该被选择作为模板的GWs的检测和参数估计的吸入紧凑的二进制是不明显的。在本文中，我们提出了有效的高阶（超出目前可用的4PN和3.5PN）非自旋项的PN扩展的结合能和GW通量，最大限度地减少多个PN近似（泰勒T1，泰勒T2，泰勒T4，泰勒F2）与有效的一个身体波形校准到数值相对论（EOBNR）的差异的估计。我们发现，PN近似使用有效的高阶项构建显示出显着更好的协议（相比3.5PN）与螺旋部分的EOBNR。对于非自旋双星与组件质量$m_{1,2} \in [1.4 M_\odot, 15 M_\odot]$，大多数的近似有一个匹配（忠实度）的EOBNR和彼此超过99%。
2015-09-21 gr-qc
Gravitational-Wave Astronomy with Inspiral Signals of Spinning Compact-Object Binaries
来自致密双星（黑洞和中子星）的螺旋信号是地基引力波干涉仪（LIGO、Virgo、GEO-600和TAMA-300）正在进行的搜索的主要目标。我们提出了参数估计模拟黑洞-中子星双星的吸气马尔可夫链蒙特卡罗方法。这是第一次，我们都估计了一个旋转组件的二进制inspiral源的参数，并确定了参数估计的准确性，与地面引力波探测器的模拟观测。我们证明，我们可以获得的距离，天空的位置，和二进制方向在更高的精度比以前建议的文献。对于具有足够自旋和两个或三个探测器的内旋的观测，我们发现在确定天空位置时的精度通常为几十平方度。
2008-08-02 astro-ph 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
Transition from inspiral to plunge into a highly spinning black hole
我们扩展了Ori-Thorne-Kesden方法，使之能够一致地描述ISCO附近从螺旋形到陷入任意自旋的黑洞的非准圆过渡，包括近极值.我们确定，对于中等或高自旋的过渡是由Painlevé超越方程的第一类，而对于极高的自旋，它是由一个自相似的解决方案Korteweg-de Vries方程。我们匹配的过渡解决方案，在领导级的高自旋限制与解析准圆内旋在近地平线区域。我们还表明，一个极端的质量比二进制的中心黑洞有一个近极值参数，规模至少作为质量比由于超辐射引力波发射，其中不包括极高的自旋。
2020-04-02 gr-qc hep-th
Inspiralling, Non-Precessing, Spinning Black Hole Binary Spacetime via Asymptotic Matching
我们构建了一个新的全球性的，完全解析的，近似的时空，它准确地描述了非进动，旋转黑洞双星的动力学在相对论合并过程的inspiral阶段。真空爱因斯坦方程的这种近似解可以通过将两个黑洞附近的扰动克尔解与远离两个黑洞的有效后牛顿度规渐近匹配来获得。然后，这个度量与波区更远的后闵可夫斯基度量相匹配。渐近匹配的过程被推广到所有的空间超曲面，而不是在以前的工作中讨论的一小群初始超曲面。这个度规非常适合于合并前自旋黑洞双星时空的长期动力学模拟，例如需要数百个双星轨道的环双星气体吸积研究。
2016-03-23 astro-ph.GA 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
Comparing second-order gravitational self-force and effective-one-body waveforms from inspiralling, quasi-circular black hole binaries with a non-spinning primary and a spinning secondary
本文首次比较了非自旋主黑洞与自旋次黑洞旋近系统的 EOB 与 GSF 波形，通过改进陀螺引力磁函数的规范选择使 EOB 自旋贡献更接近 GSF，并升级了 TEOBResumS-Dalí 模型。
2024-06-06 gr-qc
Estimating the parameters of non-spinning binary black holes using ground-based gravitational-wave detectors: Statistical errors
（摘要）：我们评估的统计误差估计非自旋黑洞双星的参数使用地面引力波探测器。虽然过去的评估仅基于合并信号的inspiral/ring-down片段，但最近在分析和数值相对性方面的进展使我们能够使用“完整”的inspiral合并-ring-down波形进行更准确的预测。我们采用Fisher矩阵形式主义来估计如何准确的源参数将使用一个单一的干涉仪以及网络的干涉仪测量。这些估计值进一步通过蒙特卡罗模拟进行验证。我们发现，在总质量M > 20 Msun的双星中，完整波形的参数精度通常明显优于仅螺旋波形的参数精度。对于Advanced LIGO探测器的情况，参数估计在M=100-200 M_sun范围内最准确。对于M=100M_sun的系统，测量总质量和对称质量比的误差与螺旋波形相比减少了一个数量级或更多。对于位于光度距离d_L并使用Advanced LIGO-Advanced Virgo网络观察的双星，天空位置误差在整个天空中变化很大：对于d_L=1Gpc的M= 100 M_sun系统，这种变化范围为~0.01平方度到1平方度，平均值为~0.1平方度。这比在这个质量范围内的螺旋波形的平均天空位置精度好40倍以上。在d_L=1Gpc时，低质量双星的d_L估计误差约为43%，高质量双星的d_L估计误差约为23%。
2009-04-21 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational wave data analysis implications of TaylorEt inspiral approximants for ground-based detectors: the non-spinning case
最近提出了一类新的限制性后牛顿精确波形，称为泰勒近似，用于从具有任意质量比的非旋转致密双星中搜索引力波（GW）信号。我们进行了详细的拟合因子（FF）的研究，以探讨如果泰勒Et（3.5PN）信号的非旋转可比质量的紧凑型双星可以有效地和忠实地搜索与泰勒T1，泰勒T4，泰勒F2（3.5PN）模板LIGO，先进的LIGO和处女座干涉仪。我们观察到，一个很好的比例的模板，这是通过选择TaylorT 1，TaylorT 4，和TaylorF 2（3.5PN）的家庭，有FF <~ 0.97和相当大的偏差，估计总质量对基准TaylorEt（3.5PN）信号的等质量系统。这两种观察都可能影响信号的可检测性。质量比为三分之一或四分之一的泰勒Et（3.5PN）信号相对于那些相同的模板库产生高FF，但是以在它们的总质量和对称质量比的估计值中引起大的系统误差为代价。一般而言，发现随着吸气系统的总质量增加，上述模板相对于TaylorEt信号越来越{ \it不忠实}。我们还观察到，估计质量的偏差量随检测器的（噪声功率谱密度）而变化。这可能是多检测器搜索的一些问题，多检测器搜索检查其数据中并发触发器的估计质量的一致性。（节录）
2012-02-28 gr-qc
Searching for gravitational waves emitted by binaries with spinning components
本论文研究了探测螺旋双星系统发射的引力波的数据分析问题。对引力波的探测将为宇宙打开一扇新的窗口，使人们能够首次直接探测到双星黑洞等系统。在第一章中，我们展示了如何从爱因斯坦的广义相对论导出引力波，并讨论了吸入双星的引力波发射以及如何使用激光干涉仪检测这种辐射。大约三分之二的恒星存在于双星系统中。当它们围绕彼此运行时，它们将以引力波的形式发射能量和角动量，这将不可避免地导致它们的螺旋式运动和最终的合并。到目前为止，对双星系统内旋过程中发射的引力波的研究主要集中在非自旋系统上。在第2章中，我们详细介绍了第一次专门搜索的双星组成的旋转恒星质量紧凑的对象。我们分析了LIGO探测器第三次科学运行（S3）期间收集的788小时数据，没有探测到引力波，我们对恒星质量双星的合并率设定了上限。恒星质量致密物体进入超大质量黑洞的螺旋将辐射引力波，其频率可由计划中的天基LISA任务检测到。在第3章中，我们描述了一种计算成本低的方法的开发和测试，以检测LISA将敏感的最大声的少数极端质量比螺旋事件。
2010-02-09 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
Extreme Mass-Ratio Inspirals in the Effective-One-Body Approach: Quasi-Circular, Equatorial Orbits around a Spinning Black Hole
我们构建了适用于数据分析的有效单体波形模型与LISA的极端质量比inspirals准圆形，赤道轨道的旋转超大质量黑洞。我们的模型的准确性是通过比较频域，Teukolsky为基础的波形在辐射近似。在能量通量中的八个高阶后牛顿参数的校准足以在2个月和6个月之间的时间内分别获得优于1弧度和1%的相位和分数振幅一致性，这取决于所考虑的系统。根据系统的不同，该协议在4到9个月的时间内转化为高于97%的匹配率。如果包括更多的校准参数，则可以获得更好的一致性。有效单体哈密顿量和辐射反应中的高阶质量比项在一年的演化中引入了至多30弧度的相位修正。这些修正通常比小天体在一年演化中的自旋所引起的修正大一个数量级。这些结果表明，极端质量比吸气的有效单体方法是一个很好的折衷精度和计算成本LISA数据分析的目的。
2010-09-29 gr-qc
Post-Newtonian expansions of extreme mass ratio inspirals of spinning bodies into Schwarzschild black holes
针对LISA探测的自旋体极端质量比旋进，计算偏心轨道至5PN阶的通量，构建混合旋进模型，并验证低偏心率下自旋线性部分PN近似的充分性。
2024-12-18 astro-ph.IM gr-qc
Parameter estimation for signals from compact binary inspirals injected into LIGO data
在激光干涉引力波天文台（LIGO）的第五次科学运行期间，模拟由合并非旋转致密物体二进制发射的引力波的信号被注入LIGO数据流。我们分析的数据段，这样的注射使用贝叶斯方法，实现为马尔可夫链蒙特卡罗技术在我们的代码SPINspiral。这种技术使我们能够确定这样一个二元螺旋的物理参数，包括质量和自旋，以下可能的检测触发。对于第一次，我们公布的结果，一个现实的参数估计分析的波形嵌入在真正的检测器噪声。我们使用自旋和非自旋波形模板进行数据分析，并证明了如果使用非自旋波形，则可以以优于1-3%的啁啾质量和0.02-0.05（8-20%）的对称质量比的精度估计固有源参数。我们还发现注入和恢复参数之间的偏差，并将其归因于用于注入和分析的波形的后牛顿顺序的差异。
2009-05-08 astro-ph.CO gr-qc physics.data-an
Evolution of small-mass-ratio binaries with a spinning secondary
我们计算的演化和引力波发射的旋转紧凑的对象吸入一个更大的质量（非旋转）黑洞。我们扩展了我们以前的模型为非自旋二[物理修订版D 93，064024]，包括Mathisson-Papapetrou-Dixon自旋曲率力。对于自旋对齐的二进制文件，我们计算的失相的inspiral和相关的波形相对于模型，不包括自旋曲率的影响。我们发现这种失相可以是正的或负的，这取决于初始分离的二进制。对于自旋和轨道角动量不平行的双星，轨道平面进动，我们使用更一般的密切元素处方来计算吸气。
2017-08-11 astro-ph.HE gr-qc
Extreme mass-ratio inspiral of a spinning body into a Kerr black hole I: Evolution along generic trajectories
本文使用密切测地线积分器，结合引力波主导轨道平均耗散反作用与主导阶自旋-曲率力，构建了旋转天体落入Kerr黑洞的通用旋进轨迹，为大质量比波形模型纳入次级自旋奠定基础。
2023-10-20 astro-ph.HE gr-qc
Effective chirp mass captures the inspiral frequency evolution of the non-spinning eccentric compact binary
含有黑洞的致密双星系统是先进的干涉型引力波探测器的主要来源。天体物理模型表明，在致密的恒星环境中，如球状星团和星系核中，具有明显的非零偏心率的双星系统的可能性有限。虽然大多数紧凑的二进制测量没有表现出明显的偏心率，约束的偏心率已被放置在少数检测到的事件。随着引力波探测器灵敏度的提高，偏心双星可能成为引力波窗口中的源。然而，高偏心值波形建模的挑战限制了偏心系统的搜索方法以及偏心的参数估计。波形独立的方法正在研究中。在这项工作中，我们证明了一个新的有效啁啾质量$\mathcal{M}_e$参数可以定义的非自旋偏心致密二元系统的动力学。我们得到的现象模型相同的低到中等偏心率值。一个直接的含义是它的应用程序中的未建模的搜索和作为另一个含义，我们证明了这个模型可以用来约束偏心率的非自旋偏心二进制在先进的检测器时代的波形模型无关的方式。
2021-12-06 gr-qc
Pitching Cosmic Curveballs: Environmental Effects on Extreme-Mass-Ratio Inspirals with Spinning Secondaries
Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications（北京国际数学研究中心）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文首次提出包含自旋耦合环境效应（马格努斯力和升力）的极端质量比旋进演化框架，并证明气体阻力可打破次级体自旋大小与倾角的真空投影简并，从而增强自旋探测能力并作为吸积流探针。
2026-09-02 astro-ph.HE gr-qc
New approach to the calculation of extreme-mass-ratio inspirals with a spinning secondary
Institute of Theoretical Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院理论物理研究所）
本文提出一种高效框架，用于在第一后绝热阶上考虑次级自转对非等纬度极质比 inspirals 的影响，通过简化引力波通量计算并验证相位移的规范独立性。
2026-10-12 gr-qc
Search of S3 LIGO data for gravitational wave signals from spinning black hole and neutron star binary inspirals
我们报告的方法和结果的第一次专门搜索的引力波发射过程中的紧密双星与旋转组件机构的inspiral。我们分析了LIGO探测器第三次科学运行（S3）期间收集的788小时数据。我们使用专门设计的检测模板家族来搜索二进制系统，以捕获轨道平面的自旋诱导进动的影响。我们提出的技术细节，使这种搜索自旋调制的引力波，突出这和其他最近的搜索与非自旋组件的二进制文件之间的差异。我们使用的模板库被发现与我们的自旋调制目标波形高度匹配，其质量在不对称范围1.0 Msol < m1 < 3.0 Msol和12.0 Msol < m2 < 20.0 Msol内，这是我们预期双星组件的自旋具有显着影响的地方。我们发现，我们对S3 LIGO数据的搜索对银河系中的双星以及M31和M33中质量在1.0 Msol < m1，m2 < 20.0 Msol范围内的一小部分双星具有良好的灵敏度。在这次搜索中没有发现引力波信号。假设一个质量呈高斯分布的自旋双星系统代表一个典型的中子星-黑洞系统，其m1约为1.35 Msol，m2约为5 Msol，我们计算出这些系统合并速率的90%置信上限为15.9 yr^-1 L_10^-1，其中L_10是太阳蓝光亮度的10^10倍。
2008-06-30 gr-qc
A relativistic treatment of accretion disk torques on extreme mass ratio inspirals around spinning black holes
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文研究了自旋黑洞周围吸积盘对小致密天体扭矩的相对论效应，揭示了强相对论效应可能导致扭矩方向反转，并展示了相对论扭矩比牛顿扭矩大1-2个数量级。
2026-03-14 gr-qc
High-order post-Newtonian expansion of the redshift invariant for eccentric-orbit non-spinning extreme-mass-ratio inspirals
计算了Schwarzschild背景下偏心轨道极端质量比吸气的广义红移不变量$\langle u^t \rangle_τ$的高阶后牛顿（PN）级数对偏心率的依赖性。这些结果是在一阶黑洞微扰理论（BHPT）下，使用Regge-Wheeler-Zerilli（RWZ）规范计算的。我们的\textsc{Mathematica}代码是基于一个熟悉的程序，使用PN扩展的Mano-Suzuki-Takasugi（MST）解析函数形式主义的$l$模式达到一定的最大值，然后使用一个直接的一般- $l$ PN扩展的RWZ方程任意高的$l$。我们计算了PN阶和偏心率幂的对偶展开式，达到10 PN相对阶和$e^{20}$。详细的知识，在每个PN阶的偏心率膨胀，使我们能够找到偏心率依赖众多的封闭形式的表达式和多个无穷级数与已知的系数。我们发现领先的对数序列的PN扩展的红移不变量，反映了类似的行为，在PN扩展的能流到无穷大。一组通量项和特殊的功能，出现在能量通量，如Peters-Mathews通量本身，被证明是重新出现在红移PN扩展。
2022-03-25 gr-qc
Extreme mass ratio inspirals with spinning secondary: a detailed study of equatorial circular motion
未来的激光干涉仪空间天线可探测到的极端质量比吸气为检验广义相对论和基础物理学提供了一种独特的方法。出于这种可能性，在这里，我们详细研究的EMRI动力学中存在的一个旋转的二级，收集和扩展各种结果，出现在以前的工作，也提供了有用的中间步骤和新的关系的第一次。我们提出的频域代码，计算引力波通量和绝热轨道演化的情况下，圆形，赤道轨道（反）对齐自旋的结果。次级粒子的自旋开始影响引力波的相位，与前导级的自作用力项处于相同的后绝热级，并引入了可检测的失相，这可以用来在$5-25\%$水平上测量它，这取决于单个自旋。在一个配套文件中，我们讨论的影响，这种效果的测试的克尔界。
2020-06-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Post-newtonian analysis of precessing convention for spinning compact binaries
利用牛顿轨道角动量${\bf L_{\rm N}}$构造的进动源坐标系可以用来模拟一般自旋致密双星的内旋引力波。这种旋进惯例的一个吸引人的特征是它能够从轨道相位演化中去除所有自旋旋进引起的调制。然而，这种约定通常采用后牛顿（PN）精确的岁差方程，适用于PN精确的轨道角动量${\bf L}$，以发展基于${\bf L_{\rm N}}$的岁差源框架。这影响了我们开发的inspiral波形自旋致密双星的进动公约，明确采用${\bf L}$来描述的二进制轨道。我们的方法介绍了某些额外的3PN阶项的轨道相位和频率的演化方程相对于通常的${\bf L_{\rm N}}$为基础的实施的旋进公约。我们检查这些额外的条款的实际影响，通过计算采用${\bf L}$和${\bf L_{\rm N}}$为基础的处理约定的inspiral波形之间的匹配。匹配估计被发现是小于最佳值，即$0.97$，为一个不可忽略的部分不等质量自旋致密双星。
2015-08-05 gr-qc
Waveforms and Fluxes of Generic Extreme-Mass-Ratio Inspirals with a Spinning Secondary
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台射电天文与技术重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文研究了自旋次级物体在 Kerr 背景下的 EMRI 波形与辐射，通过线性自旋近似推导了轨道平均的运动常数方程，为生成包含次级自旋的波形提供了可行路径。
2026-07-16 astro-ph.HE gr-qc
Complete conservative dynamics for inspiralling compact binaries with spins at the fourth post-Newtonian order
在这项工作中，我们完成了自旋相关的保守动力学的inspiralling紧凑的二进制文件在第四后牛顿秩序，特别是推导的下一个到下一个到领先的顺序自旋平方相互作用潜力。我们从作用量的直接变分导出了位置和自旋的运动的物理方程。进一步，我们导出了自旋二次哈密顿量，以及它们在质心系中的表达式。我们构造了守恒的运动积分，它形成了庞加莱代数。这种结构提供了一个一致性检查我们的结果的有效性，这是至关重要的，特别是在目前缺乏另一个独立的推导下，下一个下一个主导阶自旋平方相互作用。最后，我们在这里提供了完整的规范不变的关系之间的结合能，角动量，和轨道频率的inspiralling二进制与通用紧密自旋组件的第四后牛顿秩序。这些高后牛顿阶数，特别是考虑到二元组分的自旋，将能够从更灵敏的引力波探测中获得更准确的组分信息。
2021-09-22 gr-qc
Gravitational Wave Signals from Finite Size Effects in Spinning Binary Inspirals Including Parity Violating Constituents
我们推广的世界线EFT形式主义占奇偶违反有限尺寸效应。结果提出的潜力和辐射矩的奇偶守恒部门的二进制螺旋，并发现与以前的计算协议。此外，我们在这一领域产生了新的结果，计算了有限尺寸重力磁效应引起的电流四极矩。我们还提出了新的结果，奇偶违反源，这可能是由于超出标准模型物理，并表明，他们产生GW信号的独特签名，目前的时刻出现在0.5PN阶早于PN扩展中的质量矩。宇称破坏还诱导了一种新的势，它与$\textbf{S}\cdot \textbf{r}$成正比。最后，我们提出了新的结果的耗散力的宇称违反成分，这导致了奇怪的签名的力垂直于轨道。
2023-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Extreme mass-ratio inspiral and waveforms for a spinning body into a Kerr black hole via osculating geodesics and near-identity transformations
本研究结合引力波辐射反作用与自旋-曲率力，利用密切测地线积分器和近恒等变换，构建了自旋天体旋近克尔黑洞的首个有效EMRI模型，实现快速计算且具备模块化扩展潜力。
2023-10-12 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waveform model based on photon motion for spinning black holes
双黑洞合并的波形包括螺旋、合并和衰荡三部分。通常，内旋波可以通过后牛顿近似标定得到，合并波和衰荡波可以通过黑洞微扰理论的准正规模得到。然而，对于更一般的黑洞，准正规模的计算并不是微不足道的。本文利用光子球得到自旋黑洞的准正规模。然后将衰荡波与内旋波相连接，得到完整的波形，并与数值相对论得到的波形进行比较。我们发现它们彼此匹配得很好。原则上，这种方法可以推广到一般的紧致对象。作为例子，给出了参数化轴对称黑洞的衰荡波形。我们也用这种方法得到了加速的末级黑洞的振铃信号，这是由于合并过程中的引力反冲。即使在极端的情况下，由于反冲而产生的加速度也不能产生可检测的影响。
2022-11-14 gr-qc
Self-forced gravitational waveforms for Extreme and Intermediate mass ratio inspirals
我们提出了第一个轨道积分的自我力的引力波形的I（E）MRI源的影响。考虑史瓦西黑洞时空中粒子的准圆运动，研究了由于忽略自作用力的保守部分而引起的相应引力波形的退相依赖性.计算了波形的累积失相和重叠积分，讨论了自作用力保守段在检测和参数估计中的重要性。对于长的模板，包含保守的一块是至关重要的引力波天文学，但可能会被忽略的检测率的影响不大的短模板。然后讨论了质量比和运动起始点对失相的影响。
2012-09-09 astro-ph.CO gr-qc
Spin distribution following minor mergers and the effect of spin on the detection range for low-mass-ratio inspirals
我们计算的概率分布的自旋的黑洞以下一系列轻微的合并各向同性分布，非自旋，吸气紧凑的对象。通过求解控制这一随机过程的福克-普朗克方程，我们获得了精确的解析拟合的平均值和标准偏差的自旋分布在几个参数制度的演变。当福克-普朗克分析不适用时，我们用数值蒙特卡罗模拟来补充这些解析拟合。我们发现，一个约150太阳质量的中等质量黑洞，通过与中子星的微小合并获得了一半的质量，将具有无量纲自旋参数chi=a/M~0.2 \pm 0.08。我们估计了中心黑洞的自旋对先进LIGO的中等质量比inspiral（IMRI）探测和LISA的极端质量比inspiral（EMRI）探测范围的影响。我们发现，对于现实的黑洞自旋，倾斜平均的先进LIGO IMRI检测范围可能会增加高达10%的范围相对于非旋转的中等质量黑洞的IMRI。对于LISA，我们发现EMRI对10^5太阳质量大质量黑洞（MBH）的探测范围不受MBH自旋的显著影响，EMRI对10^6太阳质量大质量黑洞的探测范围受到约10%的影响，EMRI对最大旋转10^7太阳质量大质量黑洞的探测距离比EMRI对非旋转黑洞的探测距离大约25倍。当从EMRI统计中提取MBH自旋分布时，有利于将EMRI检测到快速自旋MBH的所得偏差将发挥作用。
2007-07-05 astro-ph gr-qc
Post-Newtonian expansion of the spin-precession invariant for eccentric-orbit non-spinning extreme-mass-ratio inspirals to 9PN and $e^{16}$
我们计算了偏心轨道极端质量比的旋进不变量$ψ$的高阶后牛顿（PN）展开的偏心率依赖与史瓦西小学。该系列计算在一阶黑洞微扰理论通过直接解析展开的解决方案在Regge-Wheeler-Zerilli形式主义，使用的代码写在\textsc{Mathematica}。通过Mano-Suzuki-Takasugi（MST）解析函数展开形式主义的Regge-Wheeler方程的解决方案，找到了具有小值$l$的模式。通过对Regge-Wheeler方程进行PN展开，得到了大的$l$解.先前的工作已经给出了$ψ$到9.5PN阶和到$e^2$阶（即，近圆形轨道极限）。我们计算了偏心率对9 PN的膨胀，但对$e^{16}$的膨胀。它证明了有可能找到几项具有封闭形式的表达式，所有这些都与PN展开中的对数项相关联。我们还比较了我们的PN扩展到以前的数值计算$ψ$在近轨道的数值评估，以评估其收敛半径。我们发现，该系列是不是迅速收敛的一个红移不变的$r \simeq 10M$，但仍然产生$\sim 1\%$的精度偏心$e \lesssim 0.25$。
2022-06-08 gr-qc
Parameter estimation of inspiralling compact binaries using 3.5 post-Newtonian gravitational wave phasing: The non-spinning case
（摘要）我们重新审视的引力波啁啾信号的参数估计的问题，从吸入的非自旋致密双星在最近扩展的后牛顿（PN）定相公式，以超过领先的牛顿秩序$(v/c)^7$。我们详细研究了从1 PN到3.5PN的更高的后牛顿阶数的影响，步长为0.5PN（$\sim v/c$），并研究了它们的收敛性。在初始和高级探测器中，啁啾质量（${\cal M}$）和对称质量比（$η$）的估计在较高PN阶下改善，但在每半个PN阶下振荡。我们比较参数估计在不同的检测器，并评估其相对性能在两种不同的方式：在{ \it固定SNR，}的目的是了解如何提高带宽参数估计，并为{ \it固定源}，以衡量灵敏度的重要性。在一个固定的SNR参数估计的误差是较小的VIRGO比初始和先进的LIGO。然而，对于固定距离的源，由于其更高的灵敏度，先进的LIGO实现了最低的误差。最后，我们计算的幅度校正由于“频率扫描”在傅立叶域表示的波形内的固定相位近似，并讨论其影响参数估计。
2005-07-30 gr-qc
Gravitational Waves from a Compact Star in a Circular, Inspiral Orbit, in the Equatorial Plane of a Massive, Spinning Black Hole, as Observed by LISA
结果是通过对恒星质量物体在缓慢收缩的圆形赤道轨道上螺旋进入大质量黑洞的轨道演化和发射引力波的高精度计算得出的。这些计算的重点是最内层稳定圆轨道（isco）附近的螺旋-更具体地说，是在角速度Ω为0.03 <Ω/ Omega_{isco} < 1的轨道上。计算是基于Teukolsky-Sasaki-Nakamura形式主义，结果列在一组函数中，这些函数具有统一的阶数，代表对低轨道速度公式的相对论修正。这些表可为今后进行LISA空基引力波飞行任务的设计研究奠定基础。本文首先介绍了LISA的应用概况：计算了信噪比S/N，并将其作为黑洞质量M、自旋a和吸入天体质量μ的代表值的随时间演化的引力波频率的函数，其中到地球的距离取为r_o = 1Gpc。这些S/N对黑洞自旋以及M和μ有很强的依赖性。与预测的事件发生率的比较表明，探测这些波的前景很好，但如果螺旋形物体是白矮星或中子星，则不会超过1Gpc。这就要求适度降低LISA的本底噪声。最后对从观测海浪中提取信息的前景作了简要的讨论
2000-07-28 gr-qc
Binary black holes coalescence: transition from adiabatic inspiral to plunge
使用最近的两种技术，给出非微扰的重新总结的阻尼和保守的两体系统的动力学的一部分估计，我们描述了绝热螺旋和暴跌之间的过渡在二进制非自旋黑洞沿准圆轨道移动。
2000-11-14 gr-qc
On the relevance of gravitational self-force corrections on parameter estimation errors for extreme-mass-ratio inspirals
目前尚不清楚在用于探测LISA（激光干涉仪空间天线）数据中的此类信号的极端质量比螺旋（EMRI）波形模型中包括保守的自作用力（SF）校正有多重要。这些程序将解决这个问题的圆形赤道吸气使用近似EMRI模型，包括保守的修正，在领先的后牛顿秩序。我们将提出的参数估计误差，将导致从省略保守的校正的幅度的估计，并将这些检测器中的噪声波动所产生的误差进行比较。我们还将使用这个模型来探索SF的二阶辐射部分的相对重要性，这是目前未知的。
2010-09-29 gr-qc
Non-conservative effects on Spinning Black Holes from World-Line Effective Field Theory
我们推广了文献[4-9]中发展的世界线EFT形式，在长波近似下计算了自旋黑洞的非保守潮汐效应，该近似对自旋的所有量级都有效。我们目前的结果在背景场的质量和角动量的变化率，并找到与以前的计算通过不同的技术。我们还提出了新的结果的非保守运动方程和功率损失/增益的双inspiral，开始在5 PN和2.5PN阶分别和显着的彭罗斯过程。
2020-12-29 gr-qc hep-th
Detection and Parameter Estimation of Gravitational Waves from Compact Binary Inspirals with Analytical Double-Precessing Templates
我们研究了各种分析频域模板的性能，用于探测和参数估计的引力波从自旋进动，准圆形，紧凑的二进制inspirals。我们首先评估在何种程度上非自旋，自旋对齐，和新的（分析，频域，小自旋）双旋频域模板可用于检测信号从这样的系统。对于高于$0.2$的有效无量纲自旋值，使用非自旋或自旋对齐模板进行检测将导致所有事件中最多损失$30%$，而在双进动模型的情况下，这永远不会超过$6%$。此外，即使对于来自具有小自旋的系统的信号，非自旋和自旋对准模板也会在提取的质量和自旋中引入较大的偏差。使用编码自旋诱导的进动效应的模型，例如双进动模型，将质量和自旋提取提高了一个数量级。如果人们希望从引力波信号中提取最大量的信息，那么自旋-轨道相互作用中编码的附加信息是无价的。
2014-05-14 gr-qc
An effectual template bank for the detection of gravitational waves from inspiralling compact binaries with generic spins
我们报道了一个三维模板库的建设，从旋转致密天体组成的吸气双星的引力波的搜索。参数空间由两个描述质量参数的维度和一个描述波形中长期（非旋进）自旋效应的“约化自旋”参数组成。模板放置是基于一个有效的随机算法，并利用半解析计算的参数空间中的度量。我们表明，“低质量”（$m_1 + m_2 \lesssim 12\,M_\odot$）的二进制文件，该模板银行实现有效的拟合因子$\sim0.92$ - $0.99$对信号从通用自旋二进制在先进的检测器时代在整个参数空间的兴趣（包括二进制中子星，二进制黑洞，黑洞-中子星二进制）。这为从一般的自旋低质量致密双星中寻找引力波提供了一种强有力的可行方法。假设黑洞[中子星]的自旋幅度均匀分布在0- 0.98 [0 - 0.4]之间，自旋角各向同性分布，与使用非自旋组的搜索相比，使用这种减少自旋组的搜索的平均检测体积（在固定的信噪比阈值下）的预期改进为$\sim20-52\%$。
2014-05-21 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
Gravitational Radiations from a Spinning Compact Object around a supermassive Kerr black hole in circular orbit
本文研究了在超大质量Kerr黑洞赤道面上的圆形轨道上旋转的恒星质量致密天体的引力波和能量辐射。详细讨论了自旋对能量和角动量通量的影响。计算结果表明，在今后的引力波探测中，在制作波形模板时应考虑小天体的自旋。很明显，当自旋轴的方向与轨道角动量相同（“正”自旋）时，自旋可以减少辐射到无穷远的能量通量。对于反方向自旋（“负”），可以放大到无穷远的能量通量。通量（无穷大和视界）和自旋之间的关系看起来像二次函数。由自旋引起的频移，我们估计了粒子在上升过程中的波相积累。我们发现，与不自旋粒子相比，正自旋粒子进入黑洞的时间较长，负自旋粒子进入黑洞的时间较短。特别是在极端自旋情况下，极端Kerr黑洞视界附近的能量辐射比非自旋黑洞的能量辐射大得多。因此，极端自旋粒子的最大束缚能远大于非自旋粒子的最大束缚能。
2010-10-07 astro-ph.CO gr-qc
Quasi-circular inspirals and plunges from non-spinning effective-one-body Hamiltonians with gravitational self-force information
自作用力程序旨在精确地模拟具有小质量比（SMR）的相对论性两体系统。在有效单体（EOB）框架的背景下，目前的结果，从这个程序可以用来确定在线性顺序的质量比的有效度规组件，示意图后牛顿（PN）动力学在测试粒子的限制的过程中。它显示在[Akcay et al.，D 86（2012）]中，在原始（标准）EOB规范中，SMR对度量分量$g^\text{eff}_{tt}$的贡献在光环（LR）半径处表现出坐标奇点。本文对EOB动力学采用了不同的规范，得到了一个在LR处无极点的哈密顿量，它在质量比的线性级上具有完整的圆轨道信息，在质量比的高阶项上具有非圆轨道信息，最高可达3 PN级.我们确认的LR发散的情况下，在这样的EOB哈密顿通过暴跌轨迹通过LR半径。此外，我们比较了结合能和螺旋波形的EOB模型与SMR，PN和混合SMR-3 PN信息的准圆形螺旋对数值相对论的预测。我们发现NR模拟和EOB模型与SMR-3 PN信息之间的一致性很好，为平等和不平等的质量比。特别地，当与仅具有3 PN信息的EOB螺旋波形相比时，具有SMR-3 PN信息的EOB哈密顿算子改进了具有小质量比$q \lesssim 1/3$的二元系统的建模，其中在合并之前，在$\sim$ 30个引力波（GW）周期中累积的移相具有高达4GW周期的百分之几弧度的量级。
2019-07-26 gr-qc
Conservative and radiative dynamics of spinning bodies at third post-Minkowskian order using worldline quantum field theory
利用自旋世界线量子场论方法，我们计算了两个任意取向的自旋质量体（黑洞或中子星）在弱引力背景下散射的二次自旋动量脉冲$Δp_i^μ$和自旋反冲$Δa_i^μ$，最高可达三阶后闵可夫斯基（PM）（$G^3$）.在势区进行双环费曼积分，得到保守的结果。对于自旋对齐的轨道角动量，我们发现一个保守的散射角，是完全符合国家的最先进的后牛顿的结果。使用Plefka，Steinhoff和本作者先前获得的2PM辐射角动量，我们将角度推广到包括辐射反应效应，在这种情况下，它避免了高能量极限的发散。
2022-04-08 gr-qc hep-th
New Class of Gravitational Wave Templates for Inspiralling Compact Binaries
沿准圆轨道盘旋的致密双星是目前运行的、计划的和建议的激光干涉仪最可能的引力波源。我们提供了一类新的限制后牛顿精确GW模板的非自旋致密双星沿PN精确准圆轨道螺旋上升。参数的基础上数据分析，理论和天体物理学的考虑被调用，以显示为什么这些时域泰勒近似应该是有趣的各种GW数据分析社区。
2007-12-19 gr-qc
Compact binary coalescence parameter estimations for 2.5 post-Newtonian aligned spinning waveforms
我们研究的参数精度，可以实现先进的地面探测器的双螺旋黑洞和中子星。我们使用Arun等人（2009）的2.5 PN旋转波形。我们的主要结果是，错误是显着不同，从现有的2PN研究对齐自旋。虽然可以更准确地确定质量，但与较低PN阶的先前工作相比，测量单个自旋的准确度较低。我们还研究了几个区域的参数空间相关的预期来源和简单的先验的影响。旋转的组合可以测量到更高的精度，我们研究这可以告诉我们关于旋转系统的信息。
2012-05-09 astro-ph.CO gr-qc
Conservative scattering of spinning black holes at fourth post-Minkowskian order
基于${\mathcal N}=1$超对称旋转世界线量子场论，计算了双星散射至4PM阶的保守自旋-轨道可观测量，将最先进水平从3PM扩展至4PM，结果与后牛顿及测试体极限吻合。
2023-10-20 gr-qc hep-th
Comment on "Gravity Waves, Chaos, and Spinning Compact Binaries"
在本文中，我认为双黑洞螺旋中的混沌效应不会强烈地影响从这样的系统中探测到引力波。
2001-01-05 astro-ph gr-qc
Equivalence of ADM Hamiltonian and Effective Field Theory approaches at next-to-next-to-leading order spin1-spin2 coupling of binary inspirals
次次领头阶spin 1-spin 2势的螺旋二进制，这是必不可少的准确性，第四后牛顿阶，如果在二进制中的两个组件都迅速旋转，最近已独立地通过ADM哈密顿量和有效场论的方法，使用不同的规范和变量。在这里，我们表明这两个结果的完全物理等价性，从而我们首先证明的等效性的ADM哈密顿量和有效场论方法在次次领头阶与包含自旋。在自旋扇区的主要困难，这也规定了两个结果的比较处理的方式在这里，是多余的非物理自旋自由度的存在，与自旋规范选择的一个点内的扩展旋转对象的代表世界线。在规范固定和消除自旋及其共轭在作用量水平上的非物理自由度之后，我们得到了封闭形式的牛顿-维格纳变量的弯曲时空推广，它也可以用来获得进一步的哈密顿量，基于有效场论公式和计算。最后，我们利用我们的验证结果提供规范不变的关系之间的结合能，角动量，和轨道频率的吸气二进制与通用紧密旋转组件到第四后牛顿秩序，包括所有已知的部门到目前为止。
2014-12-01 gr-qc hep-th
