Simulations of inspiraling and merging double neutron stars using the Spectral Einstein Code
我们给出了中子星-中子星（NSNS）系统的螺旋、合并和合并后演化的结果。我们的结果是使用混合伪谱有限体积谱爱因斯坦代码（SpEC）。为了测试我们的数值方法，我们发展了一个等质量系统的$\approx 22$轨道合并前。该波形是迄今为止从NSNS的完全广义相对论模拟中获得的最长波形。需要这种长的（和精确的）数值波形来进一步改进用于引力波数据分析的半解析模型，例如有效的单体模型。我们详细讨论了改进SpEC的能力来模拟NSNS合并，特别是网格细化网格，以更好地解决合并和合并后的阶段。我们提供了一组一致性检查和比较我们的结果NSNS合并模拟与独立的BAM代码。我们发现他们之间的协议，这增加了信心，无论是代码获得的结果。这项工作铺平了道路，为未来的研究，使用长波形和更复杂的微物理描述的中子星物质的SpEC。
2016-06-25 gr-qc
The eccentricity enhancement effect of intermediate-mass-ratio-inspirals: dark matter and black hole mass
研究发现，中等质量比螺旋星系（IMRI）中的暗物质（DM）对恒星质量致密天体（如黑洞（BH））的轨道偏心率有显著的增强作用，这一点可以在未来的观测中通过LISA、太极和天琴等天基引力波探测器（\citep{2019PhRvD.100d3013Y}）进行检验。在本文中，我们将研究在不同的DM密度分布和中心BH质量的IMRI的偏心率的增强效果。我们的结果如下：$(1)$在一般DM尖峰分布情况下，偏心率的增强与幂律分布基本一致，表明采用幂律分布是合理的; $(2)$在DM尖峰存在的情况下，中心BH的不同质量会影响偏心率，这为我们探测BH的质量提供了一种新的途径; $(3)$考虑了DM峰出现和不出现时偏心率的变化，我们发现在$10^{5} GM/c^{2}$左右的尺度上测量偏心率可以区分DM模型。
2020-05-25 gr-qc
Accurate modeling of intermediate-mass-ratio inspirals: Exploring the form of the self-force in the intermediate-mass-ratio regime
在本文中，我们开发了一个波形模型，准确地再现了中间质量比的inspirals的动力学演化，如[1]中介绍的有效单体（EOB）模型所预测的，这使我们能够揭示一些关于事件的质量比为1：6，1：10和1：100的自作用力的形式。为了补充这项研究，我们利用在极端的质量比制度的自我力的结果，并在[1]中介绍的EOB模型的预测，推导出一个处方的轨道频率的移动在最里面的稳定的圆形轨道，一贯捕捉极端，中间和可比的质量比制度的预测。
2012-07-12 astro-ph.CO gr-qc
Importance of including small body spin effects in the modelling of extreme and intermediate mass-ratio inspirals
我们探索未来的低频引力波探测器的能力，以测量恒星质量和中等质量的黑洞，螺旋到超大质量克尔黑洞（SMBH）的自旋。我们开发了一个组装的波形模型的基础上的运动方程由Saijo等人。[物理评论D 58，064005，1998]自旋BH二进制，增加了自旋轨道和自旋自旋耦合从微扰和后牛顿（PN）计算，以及相关的保守的自作用力修正，通过比较PN的结果。我们使用精确的通量，其中包括微扰校正的自旋的inspiralling机构，自旋自旋耦合和高阶适合Teukolsky方程的解决方案的inspiral阶段。我们提出的蒙特卡罗模拟的参数估计误差和模型误差时，我们忽略了保守的波形模板的校正结果。对于信噪比为1000的5000+10^6太阳质量的源，LISA将能够确定两个质量，误差在~0.001的分数范围内，测量SMBH的自旋幅度q和螺旋BH的自旋幅度分别为0.0001，10%，并确定源在天空中的位置和SMBH自旋方向，误差在0.0001球面度以内。对于信噪比为30的10+10^6太阳质量系统，LISA将无法确定螺旋BH的自旋幅度，尽管其他波形参数的测量不会因自旋的存在而显着降低。忽略保守修正引起的模型误差对于质量比高于0.0001变得显著，但是包括高达2 PN阶的这些修正可能足以将这些系统误差减小到可接受的水平。
2011-09-21 gr-qc
Gravitational waveforms from inspiraling compact binaries in quadratic gravity and their parameterized post-Einstein characterization
Universidade Federal do Espı́rito Santo（圣埃斯皮里图联邦大学）；Universidade Federal do Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；Centro Brasileiro de Pesquisas Fı́sicas (CBPF)（巴西物理研究中心）
该研究在二次引力框架下分析了紧凑二元系统 inspiral 阶段的引力波形，并将其偏离广义相对论的特征嵌入到 PPE 框架中，以约束理论参数并提升约束精度。
2026-01-02 gr-qc
Self-force gravitational waveforms for extreme and intermediate mass ratio inspirals. III: Spin-orbit coupling revisited
将一阶、二阶耗散自力和一阶保守自力与自旋轨道耦合作用一起应用于史瓦西黑洞时空中测试质量的准圆运动，得到了极端或中等质量比的结果.由于自作用力的引力波形的部分移相（在该顺序是独立的系统的质量比）进行了比较与自旋轨道耦合。我们发现，准确的波形参数估计需要包括这两个影响。具体地说，我们找到一个特定的值的自旋参数，使自旋轨道效应抵消了自作用力的影响的波形。因此，排除与质量比无关的失相效应可能导致系统参数估计中的非微扰误差。
2015-04-30 gr-qc
Intermediate Mass-Ratio Inspirals with Dark Matter Minispikes
分布在中等质量黑洞周围的暗物质形成了一个高密度区域，称为暗物质微峰。我们考虑了一个带有DM小尖峰的IMBH和一个围绕IMBH作偏心轨道旋转的小黑洞组成的双星系统。影响轨道演化的因素包括系统的引力、DM小尖峰引起的小黑洞的动力学摩擦和吸积以及引力波的辐射反应。利用密切轨道方法，我们发现当半直粒子p<<10^5 Rs（Rs为IMBH的Schwarzschild半径）时，主要的影响因素是DM微尖峰的动力学摩擦和吸积以及辐射反应.当p>>10^5 Rs时，来自DM小尖峰的引力主导轨道演化。DM小尖峰的存在导致了GW波形偏离开普勒轨道，产生额外的轨道进动，从而产生额外的相移。通过计算信噪比的GW和没有DM的小尖峰和它们之间的失配，我们表明，GW波形中的DM小尖峰的效果可以潜在地检测到未来的空间为基础的GW探测器，如LISA，太极，和天琴。
2022-08-21 gr-qc
Performing a theoretically robust Ryan test using intermediate-mass black holes
我们调查的可能性，使用二进制IMBH的inspirals执行瑞安测试的广义相对论在理论上强大的方式使用的数据从早期的可检测部分的inspiral。我们发现这是可行的，并计算出最有利系统的质量。
2006-04-27 gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: self-consistent evolution in a scalar-charge model
本研究针对中等质量比双黑洞模拟的尺度差异问题，在标量电荷模型中实现了世界管切除方法的自洽轨道辐射演化，验证了其与微扰结果的一致性并能解析后绝热效应。
2024-03-13 gr-qc
Self-force gravitational waveforms for extreme and intermediate mass ratio inspirals. II: Importance of the second-order dissipative effect
研究了沿准圆Schwarzschild轨道运动的极端或中等质量比系统的二阶耗散自力对引力波退相的重要性。对于一阶自作用力，我们使用洛伦兹规范中的完全相对论性力来描述永恒圆测地线。二阶自作用力由其3.5后牛顿对应物建模。我们使用密切轨道方法来演化系统，并获得引力波形，其相位包括所有项-在我们的近似范围内（并使用沿圆形测地线的自作用力）-与系统的质量比无关。由于二阶耗散自力引起的部分失相远小于一阶保守自力引起的部分失相，尽管它们在质量比上处于相同的数量级。
2013-06-19 gr-qc
Intermediate mass ratio inspirals in dark matter halos
本文研究恒星质量黑洞绕缓慢旋转中等质量 Kerr 黑洞的偏心旋近，分析中心黑洞慢旋转与暗物质晕导致的动力学摩擦对引力波发射的联合影响。
2025-05-12 astro-ph.HE gr-qc
Can we Detect Intermediate Mass Ratio Inspirals?
在中等质量黑洞（IMBH）进入超大质量黑洞的中等质量比吸入（IMRI）过程中发射的引力波可能是LISA的一个非常有趣的来源。类似地，恒星质量的紧凑物体进入IMBH的IMRI可以被先进的LIGO探测到。然而，目前还不清楚什么波形可以用于IMRI检测，因为后牛顿近似打破了IMRI接近最内部的稳定圆形轨道，微扰解只知道最低阶的质量比。我们讨论了近似波形和真实波形之间的预期失配，以及作为质量比和系统总质量的函数的最佳可用波形的选择。我们还评论的意义上的自旋较小的机构和需要将其列入波形。
2009-04-20 astro-ph gr-qc
Determining the equation of state of neutron stars with Einstein Telescope using tidal effects and r-mode excitations from a population of binary inspirals
第三代引力波天文台如爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE）将是通过双星合并时产生的引力波探测中子星结构的理想仪器。在这项工作中，我们预测如何以及ET特别是将使我们能够重建中子星状态方程，通过观察几十个二元中子星合并与信噪比在数百。我们仅限于从inspiral中提取的信息，其中包括潮汐效应和可能的r模式共振。在处理后者时，我们超越了牛顿近似，引入并利用了新的普遍关系。我们发现，观察共振r模的能力将有一个显着的影响中子星状态方程的测量与ET。
2022-05-02 astro-ph.HE gr-qc
Probing Einstein-dilaton Gauss-Bonnet Gravity with the inspiral and ringdown of gravitational waves
极端引力事件（如双星系统中两个黑洞的合并）产生的引力波充满了我们可观测的宇宙，伴随着引力驱动其过程的基本理论。另一种引人注目的引力理论--被称为爱因斯坦-高斯-邦纳引力理论，它是由弦论激发的--描述了一个额外的直接耦合到高阶曲率的量子标量场的存在，有效地描述了“第五种力”的相互作用和两个标量化黑洞之间的标量偶极辐射的发射。以往的研究大多集中在考虑的双黑洞波形的inspiral部分的主要修正。在我们最近的论文中，我们进行了inspiral-merge-ringdown一致性测试，在这个字符串启发的引力，包括对inspiral和ringdown部分的校正，以及对剩余黑洞的质量和自旋的校正，有效的自旋二次阶。我们在这里扩展的分析，直接计算上的理论耦合常数使用完整的吸气合并振铃波形，而不是单独处理的吸气和合并振铃部分的界限。我们还考虑了自旋对四次阶的修正，以证明黑洞慢转近似的正确性。我们发现，波形的准正规模校正是特别重要的高质量的事件，如GW 170729，其中的介子场的小耦合近似失败，没有这样的影响包括在内。我们还表明，未来的天基和多波段引力波观测有可能超越现有的理论界限。这里给出的界限与通过inspiral-merge-ringdown一致性测试发现的界限相当。
2020-05-16 astro-ph.HE gr-qc
GW emission and relativistic dynamical friction in intermediate mass ratio inspirals
本文通过模拟暗物质尖峰内的中等质量比旋近，纳入后牛顿修正和相对论动力学摩擦，发现相对论效应使旋近时间减半，而忽略暗物质动力学摩擦会显著延长旋近时间。
2025-08-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Importance of including small body spin effects in the modelling of intermediate mass-ratio inspirals. II Accurate parameter extraction of strong sources using higher-order spin effects
本文从两个方面改进了文献[1]中提出的数值组合波形模型。我们推广了Saijo等人[2]利用微扰和后牛顿（PN）计算得到的自旋-轨道和自旋-自旋耦合导出的自旋黑洞双星的运动方程。我们还包括一阶保守的自旋轨道和自旋自旋耦合，这是通过比较PN结果得出的自作用力校正。我们产生的inspiral演变通量，其中包括最新的计算小的身体自旋校正，自旋-自旋和自旋-轨道耦合和高阶适合的Teukolsky方程的解决方案。利用[1]中的简化模型，我们发现当两个双星都快速旋转时，可以通过质量比eta ~ 0.001的中等质量比螺旋（IMRI）的引力波观测测量小天体自旋效应。在本文中，我们详细研究了如何使用各种质量和自旋组合的典型IMRIs源的小/大机构的自旋影响参数测量。我们发现，对于一万个太阳质量的中等旋转的中等质量黑洞（IMBH）和一百万个太阳质量的快速旋转的中心超大质量黑洞（SMBH）的IMRI事件，在固定的信噪比（SNR）为1000时，用LISA进行的引力波观测将能够确定IMBH的螺旋质量、中心SMBH的质量、SMBH的自旋星等，IMBH自旋幅度分别在~0.001、0.001、0.0001和9%的分数误差内。LISA还可以确定源在天空中的位置和SMBH的自旋方向，范围在~0.0001球面度内。我们表明，包括保守的校正高达2.5PN顺序，系统误差不再占主导地位的统计误差IMRI与典型的SNR ~10…
2012-03-19 gr-qc
Circularization vs. Eccentrification in Intermediate Mass Ratio Inspirals inside Dark Matter Spikes
中等质量黑洞（IMBH）和太阳质量类型物体的吸气将通过基于空间的引力波探测器（如激光干涉仪空间天线（LISA））进行观测。IMBH周围的暗物质密度过高--一种暗物质尖峰--会影响系统的轨道演化。我们认为在这里这样的中间质量比吸气偏心轨道，经历动态摩擦的暗物质穗。我们发现，通过包括相空间分布的暗物质，动力学摩擦往往圆形的轨道，在以前的调查相反。对于任意给定的耗散力，我们导出了圆化或偏心化的一般条件。除了退相，我们建议使用循环率作为另一个探测暗物质尖峰。观察这些效应将是暗物质粒子性质的一个指标。
2022-04-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from the quasi-circular inspiral of compact binaries in Einstein-aether theory
在爱因斯坦以太理论的框架下，研究了准圆内旋非自旋体双星系统发射的引力波。特别是，我们计算明确和分析的时域和频域波形，引力波偏振，地面和空间探测器的响应函数的表达式在后牛顿近似。我们发现，当超越领导秩序的后牛顿近似，非爱因斯坦偏振模式包含的条款，依赖于第一和第二谐波的轨道相位。我们还分析计算相应的参数化后爱因斯坦参数，推广现有的框架，允许不同的传播速度之间的标量，矢量和张量模式，没有假设其耦合参数的大小，同时允许的二进制系统有相对运动相对于以太场。这样的结果可以很容易地构建爱因斯坦-以太模板，可用于贝叶斯测试的广义相对论在未来。
2021-10-21 gr-qc hep-ph hep-th
Inspirals into a charged black hole
我们将一个致密物体的准圆内旋模型化为一个更大质量的带电黑洞。极端和中间质量比的吸气被认为是通过一个小的质量比近似。用Reissner-Nordstr $\ddot{\text{o}}$ m时空描述带电黑洞。辐射反应对较小物体的影响通过求解爱因斯坦和麦克斯韦方程组计算电磁和引力能通量来量化。通过使轨道能量衰减率与辐射能量耗散率相匹配来确定螺旋轨道。我们观察到，进入带电黑洞的螺旋比进入中性黑洞的螺旋演化得更快。通过对各种内旋结构的分析，我们得出结论：当电荷超过阈值$|Q|/M \gtrsim 0.071 \sqrtε$（其中$ε$为质量比）时，电荷是影响引力波观测的一个重要效应。
2018-05-31 gr-qc
Detecting Subsolar-Mass Primordial Black Holes in Extreme Mass-Ratio Inspirals with LISA and Einstein Telescope
可能形成于早期宇宙的原始黑洞可以提供相当大一部分的暗物质，并将成为暴胀的独特探针。他们的发现的确凿证据将是探测到太阳下质量的致密物体。我们认为，极端质量比的螺旋将是理想的搜索亚太阳质量的黑洞不仅与LISA，而且与第三代地面探测器，如宇宙探测器和爱因斯坦望远镜。这些源可以提供无与伦比的测量次级物体的质量在subpercent水平的原始黑洞作为光的${\cal O}(0.01)M_\odot$高达光度的距离大约几百兆秒差距和几千兆秒差距的LISA和爱因斯坦望远镜，分别在互补的频率范围。这将允许以非常高的统计置信度声称探测到亚太阳质量的黑洞，这也将为第三代探测器提供一个新的（目前无法探测的）源家族。
2022-03-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inspiral-Merger-Ringdown Consistency Tests with Higher Modes on Gravitational Signals from the Second Observing Run of LIGO and Virgo
目前对广义相对论的检验是使用近似法进行的，这种近似法忽略了爱因斯坦理论完整解的一个关键特征：高阶模。我们的分析将重新评估这些测试，包括这些高阶模式的影响。我们已经选择进行吸气合并振铃一致性测试的引力瞬变探测LIGO和处女座在观测运行O2。我们使用一个近似，其中包括所有更高的模式与$\ell \le 4$（NRSur 7 dq 2），然后，对于最有趣的情况下，我们重复的测试，涉及适合数值相对论模拟。
2019-03-14 gr-qc
Comparing Accretion Disks and Dark Matter Spikes in Intermediate Mass Ratio Inspirals
本文首次在中等质量比旋近系统中同时建模吸积盘与暗物质尖峰，通过偏心率演化、制动指数和失相指数区分二者对引力波信号的影响。
2023-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Intermediate mass-ratio inspirals in a dense dark-matter environment: Effects of the initial dark-matter distribution
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究了中间质量比 inspiral 在密集暗物质环境中的相位延迟效应，通过建模吸积和先前并合事件对初始暗物质分布的影响，探讨了其对引力波信号的潜在影响。
2026-02-07 astro-ph.HE gr-qc
Probing vector hair of black holes with extreme mass ratio inspirals
大黄蜂引力模型，具有与引力非最小耦合的矢量场，是爱因斯坦-麦克斯韦理论的自然延伸。在这个理论中，一个黑洞可以携带一个矢量头发，使度规偏离史瓦西度规。为了研究矢量头发的可探测性，我们考虑了一个极端质量比螺旋（EMRI）系统，其中一个恒星质量黑洞螺旋进入一个超大质量黑洞。我们发现，通过一个基于空间的引力波探测器对EMRI进行为期一年的观测，我们可以探测到大黄蜂引力模型中小到$Q\sim 10^{-3}$的矢量电荷，与目前的EHT观测相比，这是大约三个数量级的紧。
2023-02-06 gr-qc
Waveforms of compact binary inspiral gravitational radiation in screened modified gravity
标量-张量引力，具有屏蔽机制以避免太阳系中第五种力的严格约束，可以用一个统一的理论框架来描述，即所谓的屏蔽修正引力（SMG）。在此框架下，本文计算了内旋致密双星的引力波波形，包括正$h_{+}$、交叉$h_{\times}$、呼吸$h_{b}$和纵$h_{L}$四种偏振模式。标量极化$h_b$和$h_L$都是由SMG的标量场引起的，并且满足简单的线性关系。在稳相近似下，我们得到了它们的傅里叶变换，并导出了相对于广义相对论相应结果的引力波振幅、相位和偏振的修正项。相应的参数化后爱因斯坦参数的一般SMG也确定。在地面Einstein望远镜的噪声水平下，我们发现由一颗中子星和一个黑洞组成的螺旋形紧凑双星的GW探测对中子星的灵敏度有严格的限制，并且该限制适用于任何SMG理论.最后，我们将这些结果应用到SMG的一些具体理论中，包括变色龙、量子、量子和$f(R)$。
2018-10-11 gr-qc
$N-$body dynamics of Intermediate mass-ratio inspirals in globular clusters
恒星致密残骸进入中等质量黑洞（IMBH）的中等质量比螺旋可以产生引力波（GW）信号，该信号可能被当前的地面GW探测器（例如，先进的LIGO）以及计划中的天基干涉仪（例如，eLISA）。在这里，我们提出了直接整合的后牛顿$N$ -体运动方程描述星团包含一个IMBH和人口的恒星质量黑洞（BH）和太阳质量的恒星。我们特别注意模拟最接近IMBH的动力学，包括后牛顿效应达到$2.5$阶。我们的模拟结果表明，IMBH很容易形成一个与BH同伴的二进制文件。这颗双星在短暂的三体或四体碰撞中逐渐变硬，导致BH伴星的频繁替换，而由于Lidov-Kozai共振，双星的偏心率经历了大幅度的振荡。我们还证明了抑制这些共振的相对论进动的二元轨道。在我们为$\sim 100$ Myr演化的12个星系团模型中，我们发现了一个中等质量比的螺旋形。这个星团拥有一个$100 M_\odot$ IMBH，它嵌入在32颗$10M_\odot$ BH和32，000颗$1M_\odot$恒星中。在模拟的最后，经过$\sim 100$ Myr的进化，IMBH与BH伴星合并。IMBH-BH双星在达到偏心率$1-e\simeq 10^{-3}$时，在eLISA频率窗口（$\gtrsim 1\rm mHz$）中开始螺旋上升。经过$\simeq 10^5$年后，双星进入LIGO频段，偏心率可以忽略不计。我们评论GW搜索的影响，在未来十年…
2016-06-22 astro-ph.HE gr-qc
Verifying the no-hair property of massive compact objects with intermediate-mass-ratio inspirals in advanced gravitational-wave detectors
探测到从中子星或恒星质量黑洞的螺旋进入中等质量黑洞（IMBH）的引力波，将为强场引力物理学提供一个全新的视角。来自这些中等质量比螺旋（IMRI）的引力波，质量比从~10：1到~100：1的系统，可以被高级LIGO/Virgo以每年几十次的速度检测到，并将编码中心体时空的签名。直接观测时空将使我们能够使用广义相对论的“无毛”定理来确定IMBH是否是克尔黑洞（或一些更奇特的物体，例如玻色子星）。使用修改后的后牛顿（PN）波形，我们探讨了在先进的探测器时代约束中心体的质量四极矩的前景。我们使用Fisher信息矩阵来估计中心体的参数可以被测量的精度。我们发现，对于有利的质量和自旋组合，非克尔中心体的四极矩可以测量到一个~15%的分数误差或更好的使用3.5 pN阶波形;另一方面，我们发现的准确度下降到~100%的分数误差使用2 pN波形，除了一个窄带的最佳拟合的非克尔四极矩的值。
2012-02-28 astro-ph.HE gr-qc
Constraint on Brans-Dicke theory from intermediate/extreme mass ratio inspirals
中间/极端质量比螺旋系统（I/EMRI）为强场引力性质的检验提供了一个很好的工具。基于密切轨道方法，计算了Einstein广义相对论和Brans-Dicke理论中I/EMRI在准椭圆轨道上的轨道演化. Brans-Dicke理论中的额外单极和偶极通道加速了轨道衰减，因此考虑单极和偶极发射对波形的影响是重要的。借助精确的轨道运动，我们生成的波形模板，其中包括单极和偶极的贡献，在偏心轨道上的Brans-Dicke理论的I/EMRI。利用LISA对I/EMRIs发射的引力波进行了两年的观测，得到了对Brans-Dicke耦合参数$ω_0>10^6$的最严格约束。
2022-12-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: scalar-field model in 3+1 dimensions
研究提出一种3+1维管道切除方法，通过解析模型替代小黑洞区域，缓解中等质量比双黑洞模拟的尺度差异问题，并在标量场玩具模型中验证了准确性与效率。
2024-02-16 gr-qc
Rates and Characteristics of Intermediate Mass Ratio Inspirals Detectable by Advanced LIGO
从中子星（NS）或恒星质量黑洞（BH）的螺旋进入质量在~50和~350太阳质量之间的中等质量黑洞（IMBH）的引力波（GW）可能被计划中的先进一代地面GW干涉仪探测到。这样的中等质量比的螺旋（IMRI）最有可能在球状星团中发现。我们分析了四种可能的IMRI形成机制：（1）通过三体相互作用使NS-IMBH或BH-IMBH双星硬化，（2）通过等级三元系中的Kozai共振硬化，（3）直接捕获，（4）从潮汐捕获的主序星中螺旋出致密物体;我们还讨论了当螺旋物体是NS时的潮汐效应。对于每种机制，我们预测的典型偏心率所产生的IMRI。我们发现，IMRI将在很大程度上圆形的时候，他们进入地面探测器的灵敏度带。通过三体相互作用使双星硬化，这可能是IMRI形成的主要机制，当GW频率达到10 Hz时，产生的偏心率低于10^-4。即使在通过直接捕获形成的IMRI中，其可以具有最高的偏心率，大约90%将在GW频率达到10 Hz之前循环到0.1以下的偏心率。我们估计IMRI合并率在球状星团和三个先进的LIGO探测器网络的灵敏度所产生的GWs。我们表明，这个检测器网络可能会看到高达几十个IMRI每年，虽然每年一到几个率可能更合理。我们还估计了使用圆形IMRI模板进行数据分析将导致的信噪比损失，并发现对于我们预期的偏心率，这种损失可以忽略不计。
2008-05-13 astro-ph gr-qc
Dark matter: an efficient catalyst for intermediate-mass-ratio-inspiral events
如果一个致密的恒星，如黑洞（BH）或中子星，螺旋进入一个$(10^3 \sim 10^5)\,M_\odot$的中等质量黑洞（IMBH），就可以产生引力波（GW）。这样的系统可能在球状星团（GC）或核星团（NSC）的中心产生，被称为中间或极端质量比螺旋（IMRI或EMRI）。最近的建议，暗物质minispikes可能会形成周围IMBH的动机，我们研究了对DM的合并率的IMRI/EMRI的动力学摩擦的效果。我们发现IMBH与BH和NS的合并时间尺度将缩短两到三个数量级。因此，IMRI/EMRI的事件率相对于没有DM小尖峰的情况下提高了几个数量级。在最极端的情况下，IMBH很小，并且DM迷你峰具有陡峭的密度分布，GC和NSC中的所有BH可能会耗尽，因此与NS的合并将主导当前的IMRI/EMRI。我们的研究结果表明，低于$10^4 \,M_\odot$的IMBH的质量函数将带有DM迷你峰分布的印记，因为这些低质量的IMBH可以通过与BH和NS合并而在DM迷你峰的存在下有效地生长。未来的天基GW探测器，如LISA，太极和天琴，可以测量IMRI/EMRI率，从而限制DM在IMBH周围的分布。
2019-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Inference on inspiral signals using LISA MLDC data
在本文中，我们描述了一个贝叶斯推断框架分析的数据得到的LISA。我们建立了一个模型，为模拟LISA数据挑战1.2（MLDC）定义的二进制inspiral信号，并实现了马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法，以方便探索和整合后验分布的9维参数空间。在这里，我们提出的中间结果显示，如何使用这种方法，有关9个参数的信息可以从数据中提取。
2007-08-05 gr-qc
Highly eccentric EMRI waveforms via fast self-forced inspirals
我们提出了新的发展和竞争的inspiral和波形模型的高度偏心非旋转极端和中间质量比inspirals（EMRIs和IMRIs）的比较。从我们的高偏心率自力库出发，我们应用近恒等变换（NIT）技术，以快速计算高偏心率自力吸气首次。在评估我们的近似NIT的结果，通过比较与充分的自我力量的inspirals，我们耦合我们的准确和精简的inspiral数据潜在的波形生成方案。我们发现，虽然高偏心率应变NIT方法，NIT吸气是一致的EMRI与充分的自我力量吸气。然而，我们的NIT实现（在第一绝热后顺序）是无法实现高度偏心IMRI的LISA动机的精度目标。我们最复杂的波形是通过一种新技术设计的，该技术有效地将NIT轨道参数与Teukolsky振幅和相位联系起来。我们将这些复杂的Teukolsky波形与基于组装的合成（谐波求和）振幅进行比较。我们发现，假设相同的世界线（使失相是可以忽略不计的），组装波形相比，有利的Teukolsky波形的非旋转机构。
2021-10-13 gr-qc
Intermediate and Extreme Mass-Ratio Inspirals -- Astrophysics, Science Applications and Detection using LISA
具有极端（$\gtrsim 10^4:1$）或中间（$\sim 10^2-10^4:1$）质量比的黑洞双星是最有趣的引力波源之一，有望被拟议的激光干涉仪空间天线探测到。这些来源有可能告诉我们很多关于天体物理学的信息，但对于在强场区域测试广义相对论的各个方面也具有独特的重要性。在这里，我们从天体物理学、数据分析和测试广义相对论的应用的角度来讨论这些来源，既提供了对当前知识状态的描述，又概述了一些仍然需要解决的突出问题。这篇评论来自于2006年9月由阿尔伯特·爱因斯坦研究所在德国戈尔姆举办的一次研讨会上的讨论。
2007-07-14 astro-ph gr-qc
Inspiral-merger-ringdown waveforms in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet gravity within the effective-one-body formalism
本研究基于SEOBNRv5PHM模型首次构建爱因斯坦-标量-高斯-贝内特引力下的完整旋进-并合-铃宕波形模型，通过多起引力波事件约束其耦合常数，并指出下一代探测器可大幅提升约束精度。
2024-06-19 gr-qc
Detecting the early inspiral of a gravitational-wave signal with convolutional neural networks
介绍了一种新的引力波预警系统的运行方法。它基于短卷积神经网络。我们专注于紧凑的二元合并，轻，中，重的二元中子星系统。这些信号是一维时间序列$-$，即注入高斯噪声中的白化时间应变$-$，该高斯噪声是从LIGO探测器的功率谱密度以设计灵敏度构建的。我们构建了短的一维卷积神经网络，通过在早期螺旋的一部分上训练它们来检测这些类型的事件。我们表明，这样的网络能够从波形的一小部分中检索这些信号。
2021-05-28 gr-qc
Detection of Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Globular Clusters: Revealing the Brownian Motion with Gravitational Waves
本研究针对球状星团中的中等质量比旋近系统，结合MOCCA模拟与布朗运动相位建模，分析了未来引力波天文台的探测能力，证实可通过引力波辨别布朗运动并研究源环境。
2025-05-21 astro-ph.HE gr-qc
A Complete Analytic Gravitational Wave Model for Undergraduates
引力波是由大质量双星（如黑洞和中子星）绕轨道运行产生的，并在时空结构中以涟漪的形式传播。当波带走轨道能量时，两个物体螺旋形地相互碰撞，最终合并。它们由爱因斯坦的广义相对论方程描述。对于轨道的早期阶段，称为inspiral，爱因斯坦方程可以线性化并通过分析近似求解，而对于后期阶段，接近合并，我们需要在超级计算机上求解完全非线性的爱因斯坦方程。为了在双星的整个演化过程中恢复引力波，需要在螺旋波形和合并波形之间进行匹配。我们的目标是建立一个精简的匹配方法，这将允许完整的引力波形的分析计算，同时开发一个引力波建模教程，为本科物理学生。我们使用后牛顿（PN）理论的inspiral阶段，这为学生提供了一个很好的训练基地，并依赖于Mathematica为我们的计算，一个工具，很容易访问到本科生。对于合并阶段，我们绕过爱因斯坦方程，使用一个简单的分析玩具模型命名为隐式旋转源（IRS）。在构建了inspiral和merger波形之后，我们构建了我们的匹配方法，并通过将我们的结果与第一次检测的波形GW150914进行比较来验证它。基于该项目，可以开发几个未来的项目：为所有检测到的信号构建完整的波形，扩展后牛顿模型以考虑非零偏心率，采用和测试更现实的合并分析模型，为振铃构建单独的模型，以及优化匹配技术。
2018-10-16 gr-qc
Gravitational waves from intermediate-mass-ratio inspirals for ground-based detectors
我们探讨了先进的LIGO探测引力波从中子星和恒星质量黑洞螺旋到中等质量（$M\sim 50 M_\odot$到$350 M_\odot$）黑洞的前景。我们估计这种\emph{intermediate-mass-ratio inspirals}（IMRI）的事件发生率高达$\sim 10$ - $30 \mathrm{yr}^{-1}$。我们的数值模拟表明，如果中心体不是一个黑洞，但它的度规是固定的，轴对称的，反射对称和渐近平坦的，那么波将可能是三周期的，作为一个黑洞。我们对Ryan（1995）的一个定理进行了推广，该定理认为波的三个基频及其频谱分量的复振幅的演化（原则上）编码了中心体度规的完整图、中心体与轨道之间能量和角动量交换的完整细节以及随时间演化的轨道要素。我们估计，先进的LIGO可以测量或约束中心体从克尔黑洞的偏差适度，但有趣的准确性。
2008-03-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Phenomenology of amplitude-corrected post-Newtonian gravitational waveforms for compact binary inspiral. I. Signal-to-noise ratios
我们研究的振幅校正后牛顿（PN）引力波形的现象学后果，而不是更常用的限制PN波形，为准圆形，绝热inspiral紧凑的二元对象。在初始检测器的情况下，已经表明，使用幅度校正的波形用于检测模板将导致比完全基于受限波形的模拟所建议的显著更低的信噪比（SNR）。我们进一步阐明的效果的起源进行了深入的分析处理。讨论扩展到先进的探测器，新的功能出现。非限制波形是轨道相位中的谐波的线性组合，并且在频域中，$k$次谐波在$k f_{LSO}$处截止，其中$f_{LSO}$是最后稳定轨道处的轨道频率。因此，使用非限制性模板，在主谐波（其是两倍于轨道相位的谐波）不进入检测器的带宽的情况下，可以实现相当大的信噪比。这将对探测涉及中等质量黑洞的双星螺旋产生重要影响。对于距离为100 Mpc的源，考虑到高次谐波将使Advanced LIGO的质量范围增加一倍，而EGO的质量范围将增加两倍。保守估计表明，受限波形低估了中等质量二元吸气的检测率至少20倍。
2006-11-05 gr-qc
Probing vector gravitational atoms with eccentric intermediate mass-ratio inspirals
本文用牛顿阶微扰模型研究矢量引力原子周围偏心中等质量比旋近的云团引力与电离效应，指出其可通过未来 LISA、Taiji 的低频引力波观测探测。
2025-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Extreme- and Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Dynamical Chern-Simons Modified Gravity
Chern-Simons（CS）修正引力是一个四维有效理论，它起源于弦论和圈量子引力，通过加入标量场和宇称破坏的庞特里亚金密度的乘积来修正爱因斯坦-希尔伯特作用量。在这个理论中，自旋黑洞的引力场由修正的克尔几何描述，它的多极矩只在第四个多极子l = 4处偏离克尔矩。我们调查可能的签名，这一理论在引力波发射产生的恒星紧凑的对象到大质量的黑洞，无论是中间和极端的质量比的螺旋。我们使用半相对论近似，其中的轨迹是测地线的大规模黑洞的几何形状和重力波形从多极分解的辐射场。主要的CS修正波形产生的修改测地线的轨迹，由于大规模的黑洞的几何形状的变化，并表现为一个积累的退相相对于广义相对论的情况下。我们还讨论了该理论中引力波的传播和应力能量张量。我们发现，虽然这个张量具有相同的形式在广义相对论，能量和角动量平衡定律确实是通过CS标量场的应力-能量张量修改。这些平衡定律可以通过轨道参数的绝热变化来描述内旋，这反过来又会增强退相效应。用先进的地面探测器或激光干涉仪对中等或极端质量比的引力波进行观测，可以利用这种失相来测试动力学理论，达到前所未有的水平。
2009-04-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Intermediate-mass-ratio-inspirals in the Einstein Telescope. II. Parameter estimation errors
我们探索的精度与爱因斯坦望远镜（ET）将能够测量的参数的中间质量比的inspirals（IMRI）。我们计算的参数估计误差，使用Fisher矩阵形式主义和目前的蒙特卡罗模拟的结果，这些错误的外部参数的源的选择。这些结果是使用本系列第一篇论文介绍的两种不同的重力波形模型得到的。这两种波形模型以一致的方式包括螺旋、合并和振铃阶段。其中一个模型基于Ori & Thorne [1]的转捩方案，适用于任意自旋的IMBH，而第二个模型基于有效单体（EOB）方法，已被开发用于交叉检查我们在非自旋极限下的结果。在本系列的第一篇论文中，我们证明了这两个模型在非旋转黑洞的相位和振幅上的一致性，并且它们对信噪比（SNR）的预测一致性在10%以内。我们现在使用这些模型来估计质量为1.4+100，10+100，1.4+500和10+500太阳质量（SM）的双星系统的参数估计误差，以及中央中等质量黑洞（IMBH）的自旋的各种选择。假设一个探测器网络的三个π，分析表明，对于一个10 SM的紧凑对象（CO）吸入到一个100 SM的IMBH自旋q=0.3，检测信噪比为30，我们应该能够确定CO和IMBH的质量，和IMBH自旋幅度的分数精度分别为0.001，0.0003，和0.001。我们还期望确定源在天空中的位置和光度距离分别在0.003球面度和10%以内。我们还评估了参数确定的精度如何取决于网络配置。
2011-02-11 astro-ph.CO gr-qc
Massively Parallel Simulations of Binary Black Hole Intermediate-Mass-Ratio Inspirals
我们提出了一个高度可扩展的框架，目标感兴趣的数值相对论和更广泛的天体物理学社区的问题。该框架结合了并行八叉树细化自适应网格与小波自适应多分辨率和物理模块来求解BSSN公式中的广义相对论爱因斯坦方程。这项工作的目标是进行先进的，大规模并行数值模拟的中间质量比的灵感（IMRIs）的质量比为100：1的顺序的二元黑洞。这些研究将用于生成LIGO数据分析中使用的波形，并校准半解析近似方法。我们的框架包括一个分布式内存八叉树为基础的自适应网格框架结合节点本地代码生成器。代码生成器使我们的代码可以跨不同的架构移植。对应于目标应用程序的方程以符号表示法编写，并且可以独立于应用程序添加用于不同架构的生成器。此外，这种符号接口也使我们的代码可扩展，因此已被设计为很容易地适应许多现有的算法在天体物理学等离子体动力学和辐射流体力学。我们的自适应网格化算法和数据结构已被优化为现代体系结构与深内存层次。这使我们的框架能够在现代领导架构上实现出色的性能和可扩展性。我们表现出良好的弱可扩展性高达131K内核的ORNL的泰坦二进制合并质量比高达100。
2019-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Detecting the massive vector field with extreme mass-ratio inspirals
本文研究爱因斯坦-普罗卡理论中轻矢量场对EMRI系统引力波波形的影响，通过微扰理论计算能量通量并得到波形，发现次级天体的矢量电荷和质量可被LISA探测，且能高精度测量普罗卡场质量。
2024-11-22 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
Dark matter distributions around extreme mass ratio inspirals: effects of radial pressure and relativistic treatment
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Ningbo University（宁波大学）
研究极端质量比 inspirals 周围暗物质分布的径向压力和广义相对论处理对引力波信号和探测阈值的影响。
2026-02-12 gr-qc
Testing dispersion of gravitational waves from eccentric extreme-mass-ratio inspirals
在广义相对论中，引力波不存在色散，而一些修正的引力理论预测了引力波传播中的色散现象。在本文中，我们证明了这种分散将导致一个可观察到的波形偏差，如果轨道有大的偏心率。其机理是由于偏心率的存在，不同频率的波形模式会同时发射。在传输过程中，由于色散的存在，不同模式的到达时间会不同，从而产生波形相对于广义相对论的偏差和失相。星载探测器可以观测到这种与极端质量比吸气有关的色散现象，从而改善对引力子质量的约束。此外，我们发现，分散效应也可能受到地面探测器比目前的结果更好地约束，如果一个高度偏心的中间质量比吸气被观察到。
2020-01-16 gr-qc
Towards a Realistic Neutron Star Binary Inspiral: Initial Data and Multiple Orbit Evolution in Full General Relativity
本文报道了我们在广义相对论中模拟真实天体物理中子星双星的工作。我们分析在什么条件下的共形平坦准平衡（CFQE）的方法可以产生“天体物理相关”的初始数据，通过开发一个分析，确定违反CFQE近似的演化的二进制描述的完整的爱因斯坦理论。我们发现，CFQE的假设显着违反爱因斯坦场方程共转中子星的轨道分离的近两倍，最内层的稳定圆轨道（ISCO）分离，从而质疑的天体物理相关性的ISCO确定的CFQE方法。考虑到需要在大轨道间隔下开始数值模拟，我们推动了二元中子星系统的完整爱因斯坦方程的稳定和长期积分。我们证明了我们的数值处理的稳定性，并分析了严格的要求，精确模拟系统的分辨率和计算域的大小。
2003-12-04 astro-ph gr-qc
Effects of the interaction of dark matter and neutron-star matter on extreme and intermediate mass-ratio inspirals
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究暗物质与中子星物质的相互作用对极端和中等质量比旋进引力波的影响，发现其存在独特特征，或可被天基探测器观测区分，为暗物质研究提供新途径。
2026-08-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Probing General Relativity With Mergers of Supermassive and Intermediate-Mass Black Holes
最近的观测和恒星动力学模拟表明，数千个太阳质量的黑洞可以在紧凑的大质量年轻星团中形成。任何这样的星系团在其宿主星系的凸出部分都会在数亿年内螺旋形地到达中心，在那里它们的中等质量黑洞很可能最终与星系的超大质量黑洞合并。如果这种合并是常见的，那么未来的空间引力波探测器，如激光干涉仪空间天线，将以如此高的信噪比探测它们，以至于在螺旋的末端，轨道将在简单的功率密度谱中可见，而不需要匹配滤波。本文讨论了星系核区星系团螺旋运动的天体物理学以及随后的中等质量黑洞与超大质量黑洞的合并。我们还研究了理解旋转黑洞的时空几何的前景，根据这些极端质量比的吸气结束附近可见的强信号的相位连接。
2004-09-21 astro-ph gr-qc
Enhanced Extreme Mass Ratio Inspiral Rates into Intermediate Mass Black Holes
本文研究中等质量黑洞周围的 EMRI 形成，提出坠落事件可转变为“悬念式”EMRI 的新渠道，在低质量黑洞区间可能将体积事件率提升一个数量级。
2023-04-25 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Studies of waveform requirements for intermediate mass-ratio coalescence searches with advanced detectors
恒星质量致密物体合并成中等质量黑洞（中等质量比合并; IMRAC）是地面引力波干涉仪在所谓高级配置中的一个重要天体物理来源。然而，对这些系统进行有效的基于匹配滤波器的搜索的能力受到缺乏可靠波形的限制。在这里，我们考虑的双星中，中等质量的黑洞的质量范围在24 - 200太阳质量与恒星质量的伴侣有质量范围在1.4 - 18.5太阳质量。此外，我们将双星的质量比q限制在1/140 < q < 1/10的范围内，并将我们的研究限制在具有非自旋组件的圆形双星的情况下。我们调查的相对贡献的信噪比（SNR）的三个不同阶段的合并：螺旋，合并和衰荡。我们发现，合并和振铃贡献了相当大一部分的总SNR的质量参数空间的大部分，虽然在有限的一部分的SNR是占主导地位的inspiral阶段。我们进一步确定了IMRAC质量空间中的三个区域，其中：（i）仅吸气搜索可以在检测率L损失在10% < L <27%的范围内的情况下执行，（ii）基于仅吸气模板的搜索导致检测率损失在27% < L <50%的范围内，以及（iii）包括合并和振铃的模板对于防止超过50%的检测率损失是必不可少的。我们调查的有效性，其中的IMRAC波形空间的吸气仅部分被覆盖，通过比较几个现有的波形家庭在这个制度。我们的研究结果加强了广泛的数值相对论模拟IMRAC的重要性，需要进一步研究合适的近似方案在这个质量范围内。
2014-01-07 astro-ph.HE gr-qc
The significance of first post-adiabatic contributions for scalar charge measurements with intermediate and extreme mass ratio inspirals
University College Dublin（都柏林大学学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；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）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
研究中等和极端质量比旋进的标量电荷测量，提出基于自力的超越GR波形模型，结合1PA引力部分与标量场效应，用贝叶斯研究评估波形系统误差影响，发现忽略1PA引力效应有偏差，次星自旋与标量电荷无显著相关性，特定建模系统误差可忽略。
2026-07-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
