Testing Chern-Simons modified gravity with observations of extreme-mass-ratio binaries
极质量比引力波（EMRI）是空间探测器（如激光干涉仪空间天线（LISA））最有前途的引力波（GW）源之一。EMRIs由围绕大质量黑洞（MBH）运行的紧凑恒星物体组成。由于EMRI信号预计将持续很长时间（包含数十万个周期的数量级），它们将以精确的方式编码MBH引力势的结构，以便可以区分依赖于控制系统的引力理论的特征。也就是说，EMRI信号可以用来测试重力和黑洞的几何形状。然而，一个实用的方法来计算的生成和传播的重力不同于广义相对论（GR）的理论EMRI的GW的发展，最近才开始。在本文中，我们提出了一个特定的修改GR，这是一个四维陈-西蒙斯（CS）引力项描述的EMRI的参数估计研究。我们专注于确定在多大程度上基于空间的GW天文台，如LISA可以区分GR和CS重力通过检测的GW从EMRI。
2012-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Time-frequency Imprints of Extreme Mass-Ratio Inspirals in Confusion Gravitational Wave Background
本文提出利用时频谱作为新观测量，在群体层面揭示极端质量比旋近的啁啾信号，并通过Fisher分析实现以百分之几精度确定其群体参数，即使背景比白矮双星弱两个数量级。
2025-06-20 astro-ph.CO gr-qc
Testing Chern-Simons Modified Gravity with Gravitational-Wave Detections of Extreme-Mass-Ratio Binaries
从极端质量比（EMRI）双星中探测引力波，包括围绕大质量黑洞运行的恒星质量致密物体，是空间低频引力波探测器的主要目标之一，如激光干涉仪空间天线（LISA或eLISA/NGO）。这种系统发出的长持续时间引力波形编码了大质量黑洞的强场区域的结构，内旋发生在该区域。因此，EMRI的探测和分析将使我们能够研究大质量黑洞的几何形状，并确定它们的性质是否与广义相对论所预测的一样，甚至可以测试广义相对论是否是描述这些系统动力学的正确理论。为了实现这一点，需要在其他引力理论中建立EMRI模型来描述引力波的产生。在本文中，我们探讨在何种程度上EMRI观测与LISA或eLISA/NGO可能能够区分广义相对论和一个特定的修改，它被称为动态陈-西蒙斯修改重力。我们的分析是基于一个参数估计的研究，使用近似的重力波形通过辐射绝热方法获得的，并限制在一个五维子空间的EMRI配置空间。这包括一个陈-西蒙斯参数，它控制着引力偏离广义相对论的强度。我们发现，如果动力学陈-西蒙斯修正引力理论是正确的，像LISA甚至eLISA/NGO这样的天文台应该能够测量陈-西蒙斯参数，误差小于5%。如果广义相对论是真正的理论，这些天文台应该把这个参数的界限定在xi^（1/4）< 10^4 km的水平上，这比目前太阳系的界限好四个数量级。
2012-08-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave cosmology with extreme mass-ratio inspirals
激光干涉仪空间天线（LISA）将打开引力波（GW）景观的mHz频率窗口。在所有新的GW源预计在这个频段发射，极端质量比的螺旋（EMRI）构成了一个独特的天体物理学和基础物理实验室。在这里，我们表明，EMRIs也可以用来提取相关的宇宙学信息，补充电磁（EM）和其他GW观测。通过使用最响亮的EMRI（SNR $>$ 100）检测LISA作为黑暗的标准警报器，统计匹配他们的天空定位区域与模拟星系目录，我们发现，$H_0$的约束可以达到$\sim$ 1.1%（$\sim$ 3.6%）的准确性，在90%的可信度，在我们的最好（最坏）的情况下。通过考虑一个动力学暗能量（DE）宇宙学模型，在$Λ$ CDM参数由其他观测值确定的情况下，我们进一步证明了在我们的最好（最坏）情况下，$\sim$ 5.9%（$\sim$ 12.3%）的相对不确定度可以在90%可信水平上得到关于DE状态方程参数$w_0$.除了在自己的权利相关，EMRI测量将受到不同的系统相比，EM和地面GW观测。因此，与互补宇宙学测量的交叉验证将是至关重要的，特别是如果从未来的观测中出现令人信服的物理学证据，超越$Λ$ CDM。
2021-11-01 astro-ph.CO gr-qc
QPEs from Warped Disk Collisions with EMRIs: Brightness-Recurrence Diagram and Gravitational-Wave Follow-up
Wuhan University（武汉大学）；Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（天体生物学中心（CAB），西班牙国家航空航天技术研究委员会-国家航空技术研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao-Tong University（上海交大李政道研究所）；Shanghai Jiao-Tong University（上海交通大学）
提出极端质量比旋进与翘曲吸积盘碰撞模型，通过亮度-复发图解释准周期爆发的长短/强弱相关模式，并预测引力波可探测性。
2026-11-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining Gravity with LISA Detections of Binaries
广义相对论（GR）很好地描述了我们迄今为止所能达到或探测到的能量尺度上的引力。然而，我们不知道GR是否是控制更强引力场机制（如近中子星或大质量黑洞（MBH））的物理学背后。引力波（GW）天文学是一个很有前途的工具，以测试和验证GR和/或潜在的替代理论的重力。GW波形所携带的信息不仅可以让我们绘制出其源的强引力场，还可以确定引力支配其动力学的理论。在这项工作中，我们探讨在何种程度上，我们可以区分GR和其他理论的重力通过检测低频GWs从极端质量比inspirals（EMRIs），特别是，我们专注于动态陈-西蒙斯修改重力（DCSMG）。为此，我们开发了一个框架，使我们能够，第一次，在DCSMG的EMRI进行参数估计分析。我们的模型是由一个15维的参数空间，其中包括陈-西蒙斯（CS）参数，这两个理论之间的偏差的特点，我们的分析是基于Fisher信息矩阵技术与（最大不匹配）的标准来评估我们的结果的有效性。在我们的分析中，我们研究了一个5维参数空间，发现像激光干涉仪空间天线（LISA）或eLISA（进化的LISA）这样的GW探测器应该能够区分GR和DCSMG，分数误差低于5%，因此将边界比当前太阳系边界好四个数量级。
2012-09-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A cosmological view of extreme mass-ratio inspirals in nuclear star clusters
越来越多的证据表明，许多星系同时拥有核星团（NC）和超大质量黑洞（SMBH）。它们的共存在恒星质量为10^8-10^10太阳质量的球状体中特别普遍。我们研究的可能性，恒星质量的黑洞（BH）主办的NC inspirals和合并的中央SMBH。由于NC中的高恒星密度，BH到SMBH的极端质量比吸气（EMRI）可能是引力波（GW）的重要来源。我们认为三种不同的天基GW激光干涉任务的概念：激光干涉仪空间天线（LISA），新的引力波天文台（NGO）和DECi赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO）的灵敏度曲线。我们预测，在最乐观的假设下，LISA和DECIGO每年将在NC中检测到多达数千个EMRI，而NGO每年将观察到多达数十个EMRI。我们探讨了一些因素如何影响预测率。特别是，如果我们假设SMBH的质量与NC星系中的宿主球体质量的平方成比例，而不是线性比例，那么LISA和NGO的事件发生率都要低10倍以上，而在DECIGO的情况下，它们几乎不受影响。
2012-05-11 astro-ph.CO
Improved gravitational radiation time-scales II: spin-orbit contributions and environmental perturbations
Peters公式是对引力波（GW）引起的双星系统并合时间尺度的解析估计。它被用于无数的应用中，在这些应用中，简单公式的便利性超过了对精度的需求。然而，激光干涉仪空间天线（LISA）的许多有前途的来源，如超大质量黑洞双星和极端质量比螺旋（EMRI），预计将进入LISA波段的高度偏心（$e \gtrsim$ 0.9）和高度相对论轨道。这两个极限恰恰是彼得斯的估计表现最差的两个极限。在这项工作中，我们扩大了以前的结果，并给出简单的分析适合量化的inspiral的时间尺度是如何影响的相对1.5后牛顿（PN）遗传通量和自旋轨道耦合。我们讨论了几种情况下，需要一个更准确的GW的时间尺度。我们展示了这如何对LISA事件率估计相关的数量产生重大影响，例如EMRI临界半长轴。我们进一步讨论了两种类型的环境扰动，可以发挥作用的inspiral阶段：与第三个大质量的机构和能量损失的引力相互作用，由于动力学摩擦和扭矩从周围的气体介质中无处不在的星系核。借助PN修正的时间尺度在真空中，我们发现简单的分析表达式的相空间区域中，环境扰动的强度相当的任何特定的PN顺序的影响，能够定性地再现更复杂的分析结果。
2021-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
High-speed reconstruction of long-duration gravitational waves from extreme mass ratio inspirals using sparse dictionary learning
本文提出利用稀疏字典学习算法在约2分钟内高速重建长达1年的极端质量比旋近引力波波形，实现低误报率和低失配，为LISA任务中长持续时间引力波搜索提供高效方案。
2024-09-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fast Radio Bursts: Electromagnetic Counterparts to Extreme Mass Ratio Inspirals
本文研究超大质量黑洞-中子星双星系统中与快速射电暴相关联的极端质量比旋近引力波信号，提出FRB可作为EMRI的电磁对应体，并可用作独立宇宙学探针。
2023-09-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Irreversible Depletion of Dark Matter Spikes by Extreme-Mass-Ratio Inspirals
University of Oxford（牛津大学）；Monash University（莫纳什大学）；St. Hugh’s College, University of Oxford（牛津大学圣休学院）；Eötvös University（厄特沃什大学）
本研究揭示EMRI会通过引力弹弓不可逆地耗竭暗物质尖峰，大幅削弱引力波失相信号，仅高红移低速率系统可保留可探测失相。
2026-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Impacts of Gravitational-Wave Background from Supermassive Black Hole Binaries on the Detection of Compact Binaries by LISA
本文研究超大质量黑洞双星产生的随机引力波背景对 LISA 探测大质量黑洞双星、已认证星系双星和极端质量比旋近的影响，指出必须消除该背景噪声以确保任务成功。
2023-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Extreme mass ratio inspirals in dark matter halos: dynamics and distinguishability of halo models
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（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，格兰萨索国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文研究了暗物质晕对极高质量比inspirals引力波信号的影响，发现LISA可检测到暗物质晕的存在并区分不同模型。
2026-01-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Using LISA-like Gravitational Wave Detectors to Search for Primordial Black Holes
原始黑洞（PBH），可以在早期宇宙中自然产生，仍然是一个有希望的暗物质候选者。它可以与星系中心的超大质量黑洞（SMBH）合并，并在类似LISA实验的有利频率区域产生引力波（GW）信号。在这项工作中，我们开始研究的事件率计算这样的极端质量比吸气（EMRI）。包括各种建议GW探测器的灵敏度，我们发现，这样的实验提供了一个新颖的和优秀的工具来测试的情况下，PBH构成（分数）暗物质。DM的PBH能量密度分数（$f_\text{PBH}$）可能与$10^{-3} \sim 10^{-4}$一样小。此外，LISA具有搜索高达$10^{-2} \sim 10^{-1} M_\odot$的PBH质量的能力。其他提出的GW实验可以探测较低的PBH质量状态。
2017-09-11 astro-ph.CO hep-ph
A forest of gravitational waves in our Galactic Centre
本文研究了银河系中心由早期极大质量比旋近和极极大质量比旋近叠加形成的引力波森林，发现其高信噪比的非相干前景信号将掩盖部分黑洞双星等源的信号，对LISA解析其他源构成挑战。
2025-05-02 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic string gravitational wave backgrounds at LISA: II. Reconstruction of conventional signals over astrophysical foregrounds
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（粒子物理研究所（IFIC），西班牙瓦伦西亚大学）；Khon Kaen Particle Physics and Cosmology Theory Group (KKPaCT), Department of Physics, Faculty of Science, Khon Kaen University（孔敬大学理学院物理系）
研究在LISA频段多种天体物理前景下利用GWBackFinder重建宇宙弦信号，发现重建张力误差$\lesssim 10\%$时所需$G\mu$值比无前景或仅考虑部分前景时大得多，此为系列研究第二篇，旨在量化LISA测量宇宙弦模型的能力。
2026-08-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Dark Matter Spikes via Gravitational Waves of Extreme Mass Ratio Inspirals
尽管有越来越多的证据，但暗物质的确切性质在很大程度上仍然是未知的。如果暗物质是由弱相互作用的大质量粒子组成的，它将被银河系中心的黑洞吸积，形成一个密集的尖状物。来自这个尖峰的动力学摩擦可能在双星系统中有可观察到的影响。我们认为极端质量比inspiral（EMRI）双星包括大规模的黑洞窝藏在暗物质尖峰和恒星质量的物体在椭圆轨道。我们发现，在频域中的引力波波形可以大大修改。特别是，我们表明，暗物质可以抑制引力波在低频率的特征应变，但在更高的域增强它。这些效应随着暗物质密度的增加而更加显著。结果表明，在$10^{-3}\sim 0.3$ ~Hz附近，EMRI的信噪比会显著降低，而在$1.0$ ~ Hz附近，EMRI的信噪比会显著提高，且灵敏度更高，可以通过未来的星载引力波（GW）探测器LISA和TAIKI探测到。研究结果将对EMRI的检测和参数推断产生重要影响。
2022-08-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Waves from Primordial Black Hole Dark Matter Spikes
本研究针对LIGO–Virgo–KAGRA观测的双黑洞并合起源问题，计算了星系中心超大质量黑洞周围密度尖峰内原初黑洞的并合率与极端质量比旋进信号，预测LISA或能探测到大量相关信号并约束相关参数空间。
2025-06-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
