Coalescence Time of Compact Binary Systems
紧密的双星系统由于引力波的辐射而随时间合并，遵循广义相对论的场方程。能量和角动量守恒对轨道物体之间的分离和轨道偏心率（$e$）的演变作了数学描述。我们发展了一个改进的分析解决方案的合并时间的圆形二元系统与任意半长轴，第一后牛顿（1PN）的准确性。对圆轨道（$e=0$）的四重近似和1PN近似的结果进行了比较。
2020-04-09 astro-ph.HE gr-qc
Two-dimensional correlation function of binary black hole coalescences
我们计算了LIGO-Virgo第一次和第二次观测中双星黑洞合并探测的二维关联函数。通过将观测到的关联函数与两个参考函数进行比较，对双星黑洞合并事件的天空分布进行了不同角度尺度的相关性测试，这两个参考函数是从天空中均匀分布的定位误差区域的模拟数据集获得的。在三个$σ$置信水平下，关联函数的幂律斜率估计为$γ= 2.24\pm 0.33$，与观测到的星系分布一致。
2020-07-07 astro-ph.HE gr-qc
Coalescence of binary neutron stars in a scalar-tensor theory of gravity
我们在允许自发标量化的标量张量理论中对合并中的双星中子星进行了数值相对论模拟。我们用真实的状态方程来模拟中子星。我们选择的自由参数的理论考虑到所施加的约束的最新观测的中子星-白矮星双星脉冲星定时。我们发现，即使在这些严格的限制，标量化仍然可以影响的演变的双中子星不仅在后期的inspiral，但也在合并阶段。我们还证实，即使当这两个中子星有相当小的标量电荷在大的分离，他们可以强烈标度动态在最后阶段的inspiral。特别是，我们确定的二元参数标量化发生在后期inspiral或只有在发病后的合并时，一个残余的，超大质量或超大质量的中子星形成。我们还讨论了这些结果如何影响引力波一旦被检测到的物理信息的提取。
2013-10-04 astro-ph.HE gr-qc
Observing Gravitational Waves From The Post-Merger Phase Of Binary Neutron Star Coalescence
本文提出了一种有效的低维频域模板，用于分析双星中子星合并过程中恒星残骸的引力波信号。采用主成分分解方法对一组中子星合并的数值模拟结果进行了分析，得到了各种中子星状态方程和质量组态的波形的振幅谱和相位谱的正交基函数。我们回顾了双中子星合并中合并后期/合并后引力波发射的现象，并演示了如何理解合并期间和合并后的动力学导致构建一个通用的频谱。我们还提供了一个合并后的信号检测在未来的引力波探测器作为第三代仪器的科学案例的潜在贡献的前景进行了讨论。在我们的分析中得到的模板实现了$>90\%$匹配跨越各种各样的合并波形和应变灵敏度谱的电流和潜在的引力波探测器。Fisher矩阵分析产生了在将主要的合并后振荡频率$f_{\mathrm{peak}}$确定为$δf_{\mathrm{peak}} \sim 50$ Hz时的典型不确定性的初步估计。使用最近导出的$f_{\mathrm{peak}}$和中子星半径之间的相关性，这表明对基准中子星半径$\sim 220$ \，m的潜在约束。这种测量只可能用于附近（$\sim 30$ Mpc）的先进LIGO源，但对于计划升级到先进LIGO和其他未来仪器变得更加可行，导致对高密度中子星状态方程的限制，这些状态方程独立于并合前螺旋引力波信号推断的状态方程。
2015-09-28 astro-ph.HE gr-qc
A neural network for estimating compact binary coalescence parameters of gravitational-wave events in real time
针对匹配滤波技术在致密双星并合引力波参数估计中的误差问题，提出分位数回归神经网络模型提供动态参数边界，测试准确率超90%，作为先验可减少9%似然评估次数，缩短运行时间且不影响定位。
2025-08-20 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Three-Dimensional General-Relativistic Hydrodynamic Simulations of Binary Neutron Star Coalescence and Stellar Collapse with Multipatch Grids
本文提出了一个新的三维广义相对论流体动力学演化方案，该方案能够有效地模拟恒星坍缩、孤立中子星、黑洞形成和双中子星合并等过程.我们利用一组自适应曲线线性网格（多面体）加上通量守恒的细胞为中心的自适应网格细化。这使我们能够显着扩大我们的计算域，同时仍然保持高分辨率的引力波提取区，恒星的外层，或合并中子星的质量喷射区域。流体演化与高分辨率的激波捕获有限体积计划，而时空的几何演变使用四阶有限差分。我们采用了多速率龙格-库塔时间积分方案的效率，发展的流体与二阶和时空几何与四阶积分，分别。我们验证了我们的代码的一些基准问题：旋转恒星坍缩模型，激发中子星，中子星坍缩成黑洞，和二元中子星合并。测试问题，特别是后者，极大地受益于更高的分辨率在重力波提取区，因果断开的外边界，和应用柯西特征重力波提取。我们表明，我们能够提取收敛的引力波模式（l，m）=（6，6）。这项研究铺平了道路，更现实和详细的研究紧凑的对象和恒星坍缩在全三维和大型计算域。本文讨论的多面体基础设施和网格细化和流体动力学代码的改进将作为开源爱因斯坦工具包的一部分提供。
2012-12-05 astro-ph.HE gr-qc
Template Bank for Compact Binary Coalescence Searches in Gravitational Wave Data: A General Geometric Placement Algorithm
本文介绍了一种在引力波干涉仪数据中寻找致密双星合并的模板波形的算法。我们利用了二进制参数的频域波形的振幅和展开相位的平滑依赖性。我们组波形具有相似的幅度配置文件和执行奇异值分解的相位配置文件，以获得一个正交基的相位函数。前导基函数跨越低维线性空间，其中任何物理波形的展开相位都很好地近似。最佳模板放置由线性系数空间中的规则网格给出。该算法适用于任何频域波形模型和探测器灵敏度曲线。它在计算上是高效的，并且需要很少的调整。应用该方法，我们构造了一组适用于在LIGO-Virgo数据中搜索自旋对齐的双星中子星、中子星-黑洞和双星黑洞合并的模板库。
2019-07-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Comment on "Probing gravitational wave polarizations with signals from compact binary coalescences"
在最近的一篇论文“Probing引力波polarizations with signals from compact binary coalescences”（arXiv：1710.03794 [gr-qc]）中，作者认为LIGO-Virgo网络对引力波的单次探测能够区分引力波的纯张量和纯矢量偏振。本文指出了作者分析中的一个错误，并指出只有在引力波沿干涉仪对张量或矢量偏振的零响应方向传播时，这种微分才是可能的。然而，LIGO-Virgo网络可以通过收集统计数据来区分纯张量和纯矢量偏振，正如我们在Phys. Scr中所展示的那样。92，125001（2017）。
2017-12-19 astro-ph.HE gr-qc
A fully-coherent all-sky search for gravitational-waves from compact binary coalescences
本文介绍了一种全相干的方法来寻找黑洞和中子星双星合并产生的引力波信号。这将先前开发并用于有针对性的引力波搜索的相干分析扩展到全天、全天搜索。我们将搜索应用于LIGO探测器第五次科学运行期间采集的一个月的数据。我们证明，与巧合搜索相比，灵敏度提高了25%，这与预期相称。最后，我们讨论了在先进的引力波探测器数据中实施和运行对来自双星合并的引力波信号的相干搜索的前景。
2015-09-11 astro-ph.HE gr-qc
On gravitational-wave echoes from neutron-star binary coalescences
最近，在$4.2σ$显著性水平上，对GW 170817合并后信号中的引力波回波进行了尝试性检测。据推测，该信号可能为残留的奇异物体中的近视界量子结构提供证据。我们指出，如果残留的对象是一个超紧凑的中子星，回波的对象，半径仅略小于一个普通的中子星。在~72 Hz处报告的回波与质量约为$M\in(2,3) M_\odot$、半径接近布赫达尔极限R~ 9 GM/（4c^2）的不可压缩恒星的玩具模型相一致。如果得到证实，低频引力波回波将与目前所有的中子星模型产生矛盾，并将对核物理和引力产生重大影响。
2018-06-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Tidal effects in binary neutron star coalescence
我们比较动力学和波形从二进制中子星合并计算新的长期（$\sim 10 $轨道）数值相对论模拟和潮汐有效单体（EOB）模型，包括分析潮汐校正第二后牛顿秩序（2PN）。目前的分析知识编码的潮汐EOB模型被认为是足够的，以再现的数值数据接触和他们的不确定性。值得注意的是，除了那些已经适合于二元黑洞数据的参数外，不需要校准任何潮汐EOB自由参数。2PN潮汐改正的列入最大限度地减少了与数值数据的差异，但它是不可能的，以显着区分他们的领先秩序的潮汐贡献。潮汐效应的相关放大的存在可能被排除在外，尽管它可能是数字不准确的结果。我们的结论是，潮汐完整的有效单体模型提供了目前最先进和准确的工具，模拟引力波形从双中子星螺旋到接触。这项工作还指出了广泛的测试，以评估数值数据的不确定性的重要性，以及新的数值策略进行准确的模拟的潜在需求。
2012-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Impact of the nuclear symmetry energy on the post-merger phase of a binary neutron star coalescence
核对称能在决定致密、富含中子物质的状态方程中起着关键作用，而这种状态方程决定着地球上核物质以及天体物理学上的中子星的性质。PREX合作组最近对中子皮厚度的测量对核对称能L的斜率产生了新的限制，这可以直接与第一颗双星中子星合并螺旋GW170817的引力波观测结果进行比较。在本文中，我们探索了一种可能限制斜率L的新机制，核对称能量与未来引力波事件：合并后阶段一个双中子星合并。特别是，我们超越的inspiral阶段，在那里的斜率参数L的印记可以推断从测量的潮汐变形性，考虑印记合并后的动力学，引力波发射，和动态质量喷射。为此，我们在完全广义相对论中使用新的有限温度状态方程，系统地改变L，进行了一组目标中子星合并模拟。我们发现，合并后的动力学和引力波发射对核对称能的斜率几乎不敏感。相比之下，我们发现，动态质量喷射包含一个弱的L的印记，与大的L值导致系统增强喷出物。
2021-07-14 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Constraining the Gravitational-Wave Afterglow From a Binary Neutron Star Coalescence
双中子星合并是丰富的物理实验室，可以通过地面干涉引力波探测器（如高级LIGO和高级室女座）进行。如果一个中子星残骸在合并中幸存下来，它可以发射出引力波，这种引力波可能被当前或下一代探测器探测到。长期存在的合并后阶段的物理学尚未得到很好的理解，因此难以建立模型。特别是引力波信号的相位没有很好地建模。在本文中，我们探索的方法，使用长持续时间合并后的引力波信号来约束的参数和剩余的属性。我们开发了一个相位不可知的似然模型，仅使用的频谱内容的参数估计和演示的贝叶斯上限的计算中没有信号。与毫秒磁星模型，我们表明，像GW 170817事件，一个长寿的遗迹的椭圆率可以被约束到小于约0.5的参数空间。
2020-02-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
Next-generation global gravitational-wave detector network: Impact of detector orientation on compact binary coalescence and stochastic gravitational-wave background searches
本研究探讨下一代引力波探测器网络中臂朝向对随机背景和致密双星并合搜索灵敏度的影响，提出优化方法并比较五种配置，表明全球协调建设该网络具有优势。
2025-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Spins of primordial binary black holes before coalescence
原始恒星质量的黑洞，可能有助于暗物质和观察到的LIGO双星黑洞合并，预计出生时具有非常低的自旋。在这里，我们表明，吸积质量增益的原始黑洞二进制组件从周围的物质可能会导致显着的自旋的组件之前，提供高的初始轨道偏心率的合并。
2019-06-14 astro-ph.HE hep-ph
Electromagnetic outflows in a class of scalar-tensor theories: binary neutron star coalescence
正如我们在以前的工作中所展示的，在某些标量张量理论中，双中子星系统的动力学和引力辐射可能与广义相对论在合并阶段的预期有很大不同。在这项工作中，我们研究这些二进制的电磁对应物的特性-磁层相互作用驱动的合并事件之前-可以提供一个独立的方法来测试重力在最强的动态阶段的二进制合并。我们发现，在这些标量张量理论的双星发射的电磁通量可以显示在特定情况下从GR预测的偏差。这些差异是相当微妙的，因此需要精细的测量来区分GR和本工作中考虑的标量张量理论类型，仅使用电磁观测。然而，如果与引力波探测相结合，电磁测量可能会提供一种方法来增加重力观测确认（或排除）GR的置信度。
2015-04-20 astro-ph.HE gr-qc
A stochastic template bank for gravitational wave searches for precessing neutron-star--black-hole coalescence events
迄今为止，引力波的研究主要集中在非旋进系统上。包括旋进效应大大增加了要搜索的模板的数量。这导致计算成本的相应增加，并且可能增加实际搜索的误报率。另一方面，可能有一些天体物理系统完全被非进动搜索所遗漏。在本文中，我们考虑使用随机方法构建一个模板银行的问题，中子星-黑洞双星允许进动，但与限制的方向的总角动量的二进制指向检测器和中子星自旋是可以忽略不计的相对于黑洞。我们量化搜索所需的模板数量，并明确构建模板库。我们表明，尽管大量的模板，随机方法可以适应解决这个问题。我们量化了非旋进搜索可能错过信号的参数空间区域。
2017-11-13 astro-ph.HE gr-qc
Fast, faithful, frequency-domain effective-one-body waveforms for compact binary coalescences
从引力波观测中推断双星中子星的性质需要产生数百万个波形，每个波形在频率范围内跨越大约三个数量级。因此，波形模型必须有效地产生，并在同一时间，是忠实的后牛顿准绝热螺旋合并制度。这个问题的一个简单的解决方案是将有效的一体波形与固定相位近似相结合，以获得从任何低频到合并都有效的频域多极近似。我们表明，在后绝热近似中产生的有效的一体频域波形与当前的唯象模型和代理模型在计算上具有竞争力，（几乎）任意长，并且忠实于任何二进制参数的合并。同样的方法也可以用来有效地产生中等质量的二元黑洞螺旋波形检测天基干涉仪。
2020-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Compact binary coalescences: gravitational-wave astronomy with ground-based detectors
本文综述了致密双星并合这一最主要引力波源的观测特征与分析方法，并回顾了LIGO、Virgo和KAGRA地面干涉仪网络自2015年以来取得的探测进展。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detectability of neutron star -- white dwarf coalescences by eROSITA and ART-XC
中子星和白矮星的合并是相对频繁的现象，数量超过了其他类型的紧凑物体合并（中子星和黑洞，而不涉及白矮星）。这样的事件不仅可能产生光学爆发，也可能产生X射线爆发。瞬态源CDF-S XT 2 [1]可以是[2]所建议的这种类型事件的示例。在这篇文章中，我们估计的频谱RG卫星上的X射线仪器的视场中的这些瞬变率。我们证明，在四年的调查计划几千事件有关的中子星-白矮星合并可能会出现在eROSITA的视野。X射线发射的准直可以减少这个数字。在ART-XC望远镜的情况下，预计会出现较小但数量相当的瞬变。然而，由于相对较短的持续时间（$\lesssim 10^4$ s），大多数这样的瞬变可能仅在望远镜的一次扫描（$\sim 40$ s）中可见，因此预计仅检测到少数光子，这使得在没有附加信息的情况下进行明确的识别非常成问题。
2019-09-24 astro-ph.HE
Gravitational lensing aided luminosity distance estimation for compact binary coalescences
研究强引力透镜化下致密双星并合光度距离的恢复方法，通过概念验证参数估计发现强透镜可将距离估计精度提高至几倍。
2024-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Second Einstein Telescope Mock Science Challenge : Detection of the GW Stochastic Background from Compact Binary Coalescences
我们提出了在第二次爱因斯坦望远镜模拟数据和科学挑战期间寻找天体物理引力波随机背景的结果。假设可以单独检测到最响亮的源，并从数据中删除，我们表明，残留的背景可以恢复与$1%$的准确性与标准的互相关统计，校正后的系统偏差，由于各向同性的来源。
2014-04-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Rapid Hierarchical Inference of Neutron Star Equation of State from multiple Gravitational Wave Observations of Binary Neutron Star Coalescences
从中子星合并的多个引力波观测数据中推导出唯象参数化的中子星状态方程（EoS），对于提高我们对中子星结构、超核密度物质的一般性质和强核力的认识具有重要意义.然而，这样的分析在计算上是昂贵的，因为它不能重新使用无论用于生成引力波瞬态目录而执行的单事件EoS不可知参数估计运行。随着LIGO/Virgo/KAGRA第四次观测运行（O 4）期间预计可观测到的事件数量，这个问题只能预计会恶化。我们开发了一种新的和强大的算法，用于从引力波数据中快速和计算成本低廉的参数化EoS的分层推断，该算法重新使用单事件EoS不可知参数估计样本，以显着降低计算成本。我们有效地包括先验知识的中子星物理作为贝叶斯先验的EoS参数。我们的方法的高速度和低计算成本允许有效的重新计算EoS推断每次发现一个新的二元中子星事件或每当新的观测和理论发现改变EoS参数的先验。我们在真实和模拟的引力波数据上测试了我们的方法，以证明其准确性。我们表明，我们的计算成本低的方法产生的EoS约束，是完全符合现有的分析真实数据，模拟数据的选择基准EoS。武装与我们的快速分析方案，我们还研究了EoS约束的可变性与二进制中子星的属性，在不同的信噪比和质量范围内绘制的模拟事件集。
2022-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic simulations of black hole-neutron star coalescence: the jet emerges
在完全广义相对论（GRMHD）下，我们对一个在准圆轨道上经历合并的黑洞-中子星双星系统进行了磁流体动力学模拟。双星质量比为3：1，黑洞初自旋参数$a/m=0.75$（$m$是黑洞Christodoulou质量）与轨道角动量一致，中子星是无旋的$Γ=2$多面体。大约两个轨道合并前（在时间$t=t_B$），我们种子中子星与动态弱内部偶极磁场延伸到恒星外部。在$t=t_B$，外部有一个低密度的大气，等离子体参数$β\equiv P_{\rm gas}/P_{\rm mag}$恒定。从$0.1$到$0.01$，我们发现在$\sim 4000{\rm M} \sim 100(M_{\rm NS}/1.4M_\odot)$ ms [M是总（ADM）质量]开始吸积潮汐破裂碎片后，剩余黑洞两极上方的磁绕组建立了足够的磁场，以发射一个温和的相对论性，准直流出-初期喷流。吸积的持续时间和喷流的寿命为$Δt\sim 0.5(M_{\rm NS}/1.4M_\odot)$ s。我们的模拟提供了GRMHD中的第一个明确的例子，表明黑洞-中子星合并后可以出现喷流。
2015-06-10 astro-ph.HE gr-qc
Compact Binary Coalescences in the Band of Ground-based Gravitational-Wave Detectors
随着地面引力波望远镜LIGO，Virgo和GEO 600接近第一次探测的时代，我们回顾了合并中子星和黑洞双星的合并率和质量和自旋分布的现有知识。我们强调引力波天文学和传统天体物理学之间的双向联系。天体物理学的投入将使人们有可能就最佳探测器配置和搜索技术作出明智的决定。与此同时，速率上限、探测到的合并速率以及引力波搜索测量的质量和自旋分布将通过与天体物理模型的比较来约束天体物理参数。未来的发展必要的引力波天文学的成功进行了讨论。
2010-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Compact object coalescence rate estimation from short gamma-ray burst observations
最近的观测和理论研究表明，短持续时间的伽马射线暴（SGRB）是由两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞组成的致密双星系统合并而成的。对具有已知红移的SGRB的观测使天文学家能够推断这些系统在局部宇宙中的合并率。我们使用SWIFT卫星的数据估计该速率在$\sim 500$ -1500 Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$范围内。这一结果与先前发表的通过替代方法获得的结果一致。我们估计了在先进的引力波探测器时代，引力波信号与SGRB的重合观测的数量。通过假设所有SGRB都是由中子星-中子星（中子星-黑洞）合并产生的，我们估计符合观测的预期速率在$\simeq 0.2$到1（$\simeq 1$到3）年$^{-1}$的范围内。
2013-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On Isolated Millisecond Pulsars Formed by the Coalescence of Neutron Stars and Massive White Dwarfs
利用粒子数合成方法研究了孤立毫秒双星（IMSPs）的可能起源，IMSPs是由一颗中子星（NS）和一颗白矮星（WD）合并而成的。结果表明，IMSPs的星系出生率可能介于$5.8\times10^{-5}$ $\rm yr^{-1}$和$2.0\times10^{-4}$ $\rm yr^{-1}$之间，这取决于关键变量，如通过罗氏瓣的质量传递的稳定性和反冲速度的值。除此之外，本文估计IMSPs的太阳质量可以从$1.5$到2.0 $M_{\odot}$不等，使它们比其他“正常”的恒星质量更大。最后，在我们的模拟中，大多数IMSP的自旋周期从几毫秒到20毫秒不等，这与以前的观察结果一致。
2018-12-21 astro-ph.HE astro-ph.SR
Dark Matter or Regular Matter in Neutron Stars? How to tell the difference from the coalescence of compact objects
本文基于镜像双希格斯模型，研究了致密星体中镜像物质与标准模型物质耦合的两种情形，发现混合镜像物质的中子星在二维质量-半径平面分布，且包含镜像中子星的双星系统具有更宽啁啾质量范围和不同Love关系，从而可通过引力波和X射线观测探测或限制镜像物质。
2022-11-16 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Rapid model comparison of equations of state from gravitational wave observation of binary neutron star coalescences
中子中子星GW 170817合并的发现是引力波天文学领域的一个分水岭。在我们能够从这个发现中发现的丰富多样的信息中，有第一次对中子星半径的非电磁测量，以及冷核物质状态方程。它还导致了一个大型的状态方程模型选择研究重力波数据。在这些研究中，对每个候选状态方程模型进行贝叶斯嵌套抽样运行，以计算它们在引力波数据中的证据。这样的研究，虽然是无价的，但在计算上是昂贵的，并且对于任何新的模型都需要重复的、冗余的计算。我们提出了一种新的技术进行模型选择的状态方程在一个非常快速的方式（~分钟）的任何任意模型。我们测试这种技术对嵌套采样模型选择技术的结果发表的LIGO/Virgo合作，并表明，结果是在良好的协议与贝叶斯因子的中位数分数误差约为10%，其中我们假设，真正的贝叶斯因子计算在上述嵌套采样运行。我们发现，最高的分数误差发生在状态方程模型中，这些模型在后验分布中的支持度非常小，从而导致较大的统计不确定性。然后，我们使用这种方法结合多个双中子星合并计算状态方程模型之间的联合贝叶斯因子。这是通过堆叠单个事件的证据并从这些堆叠的证据中计算每对状态方程的贝叶斯因子来实现的。
2021-10-02 astro-ph.HE gr-qc
Performance comparison of multi-detector detection statistics in targeted compact binary coalescence GW search
全球先进的干涉引力波探测器网络预计很快将上线。相干观测GW从一个遥远的紧凑的二进制合并（CBC）与位于不同大陆的干涉仪网络提供了至关重要的信息，如源的位置和偏振信息的来源。在本文中，我们比较不同的多检测器网络检测统计CBC搜索。在基于极大似然比（MLR）的检测方法中，对似然比进行优化以获得最佳模型参数，并将最佳似然比值作为统计量来判断信号的存在。然而，另一种贝叶斯方法涉及对参数的似然比进行边缘化以获得平均似然比。我们获得了一个分析表达式的贝叶斯统计使用的两个有效的合成数据流的非旋转紧凑的二进制系统的有针对性的搜索与无信息的参数。仿真结果验证了该近似方法的有效性，并与基于极大似然比的统计方法进行了比较。我们观察到，MLR { \it hybrid}统计提供了与贝叶斯统计相当或更好的性能。
2016-06-13 astro-ph.HE gr-qc
Uncertainty in predicting the stochastic gravitational wave background from compact binary coalescences
University of Zurich（苏黎世大学）；Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules - IN2P3（萨瓦-蒙布朗大学、法国国家科学研究中心、阿讷西粒子物理实验室）
本研究通过综合评估双星并合背景的不确定性，提供了一种全面预测随机引力波背景的方法，以辅助未来探测的解释。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pre-merger localization of eccentric compact binary coalescences with second-generation gravitational-wave detector networks
我们研究了利用第二代引力波探测器网络对偏心致密双星并合前局域化的可能性。来自偏心双星的引力波可以看作是一个脉冲序列，它是由比轨道频率高出一倍的各种高次谐波模组成的。来自非常早期的螺旋相位的高次谐波模式不仅有助于信噪比，而且还允许我们在合并开始之前定位引力波源。这是因为高频引力波对于地面探测器网络通过三角测量进行源定位是必不可少的。我们发现，在最佳情况下，对于1.4- 1.4 $M_\odot$偏心双星中子星在100 Mpc的合并前10分钟，单探测器信噪比超过5，并且在合并前半分钟，它可以被四探测器网络定域到10度$^2$。我们甚至可以通过五探测器网络在并合前10分钟获得$\sim$ 10 deg $^2$。
2014-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Probing neutron stars with the full pre-merger and post-merger gravitational wave signal from binary coalescences
两颗中子星合并时发出的引力波信号携带着恒星内部结构的信息。在漫长的螺旋上升阶段，观测到的主要物质是二进制组件之间的潮汐相互作用，这种效应可以用广义相对论的紧凑二进制解决方案进行参数化建模。在双星合并之后，主要的观测对象是残余物的频率模式，最常见的是产生一个只有通过数值模拟才能获得的短持续时间信号。复杂的形态和相关频率中检测器灵敏度的降低目前阻碍了合并后信号的检测，并促使对合并前和合并后数据进行单独分析。然而，计划和正在进行的探测器改进可能很快就会使合并后的信号触手可及。在这项研究中，我们的目标是整个合并前和合并后的信号，而无需在二进制合并的人工分离。我们构建了一个混合分析模型的inspiral与模板的基础上分析计算和校准的数值相关性和合并后的信号与灵活的形态独立的分析。将这种分析应用于GW 170817，我们发现，正如预期的那样，合并后的信号仍然未被检测到。我们进一步研究模拟信号，发现我们可以重建完整的信号，同时估计合并前的潮汐变形和合并后的信号频率内容。我们的分析使我们能够使用所有可用的数据来研究中子星物理，并直接测试合并前和合并后信号的一致性，从而探测强子-夸克相变的发生等效应。
2022-05-11 astro-ph.HE gr-qc
Prospects For High Frequency Burst Searches Following Binary Neutron Star Coalescence With Advanced Gravitational Wave Detectors
物态方程在两颗中子星并合的物理过程中起着至关重要的作用。最近的数值模拟与微物理状态方程表明，这种事件的结果取决于质量的中子星。对于质量较小的系统，模拟有利于形成超大质量、准稳定的中子星，其振荡产生短而高频率的引力辐射爆发。它的主频含量与中子星的半径密切相关，它的测量可以用来约束超核状态方程。相比之下，更高质量系统的合并导致迅速的引力坍缩成黑洞。我们已经开发了一种算法，它结合了波形重建的形态独立的搜索与贝叶斯模型选择的引力波瞬态，合并后的情况之间的区别，并准确地测量占主导地位的振荡频率。我们证明了该方法的有效性，使用模拟二进制合并信号的数据从LIGO和处女座的目录，我们讨论了这种分析在先进的地面引力波探测器的前景。从波形考虑在这项工作中，并假设一个最佳取向的源，我们发现，合并后的中子星信号可以检测到$\sim 10\text{--}25$ \，Mpc的这种技术。我们还发现，我们成功地区分合并后的情况与$\sim 95\%$的准确性，并确定幸存的合并后的中子星的主导振荡频率内$\sim 10$，赫兹，平均超过所有检测到的信号。这导致了一个非旋转的1.6“，M $_{\odot}$参考中子星半径估计值的不确定性，其半径为$\sim 100\,$ m.
2014-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Extreme Gravity Tests with Gravitational Waves from Compact Binary Coalescences: (II) Ringdown
LIGO/Virgo探测到的双黑洞合并标志着天文学的分水岭时刻，开启了精确测试克尔动力学的时代。我们回顾了理论和实验上的挑战，必须克服黑洞光谱与现在和未来的引力波探测器。在其他主题中，我们讨论准正规模式激发二进制合并，天体物理事件率，黑洞动力学的测试在修改后的引力理论，参数化的“后克尔”振铃测试，外来紧凑的对象，并提出了数据分析方法，以提高光谱测试克尔动力学叠加多个事件。
2018-04-10 astro-ph.HE gr-qc hep-th
A Comprehensive Analysis of the Gravitational Wave Events with the Hilbert-Huang Transform: From Compact Binary Coalescence to Supernova
我们分析的引力波信号与模型无关的时间-频率分析，这是从希尔伯特-黄变换（HHT）的改进和优化，以表征频率的时频图上的变化。除了常规的HHT算法，即，利用集合经验模态分解获得固有模态函数并产生瞬时频率，我们提出了一种在时频图上操作集合均值的替代算法。利用该方法对LIGO O 1和O2观测到的致密双星合并的已知引力波事件以及模拟的核心坍缩超新星（CCSNe）引力波信号进行了系统分析。与小波谱相比，二元黑洞合并的时频图显示了更好的细节。此外，我们的算法可以减少由模式混合引起的瞬时频率振荡。对于CCSNe数据，HHT可以精确地测定原中子星的振荡和吸积激波不稳定性的辐射。更重要的是，不同振荡模式的初始阶段可以清楚地分开。这些结果为进一步建立检测算法提供了新的线索，也为研究其物理机制提供了新的探索。
2022-07-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
Premerger phenomena in neutron-star binary coalescences
本文综述双中子星并合前数秒的高能前兆现象，梳理潮汐共振、电动力学作用和激波等机制，并说明其对中子星状态方程及多信使观测的约束意义。
2024-12-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ex
Impact of Bayesian prior on the characterization of binary black hole coalescences
在一个数据仅提供少量信息的体系中，先验选择在贝叶斯统计推断中起着重要作用，可能会影响推断的物理学。我们表明，这确实是从目前的引力波测量的二元黑洞合并推断的一些参数的情况。我们重新分析了双LIGO干涉仪使用替代（和天体物理学动机）的先验假设进行的第一次检测。我们发现不同的先验分布可以引入偏差，从而影响这些系统的物理解释。例如，（i）如果考虑黑洞自旋主要与双星角动量对齐的先验，而不是各向同性自旋方向的标准选择，则有效黑洞自旋$χ_{\rm eff}$的$90\%$可信区间的限制受到$\sim 10\%$的变化的影响，以及（ii）在初始恒星质量函数激发的先验下，我们推断出对黑洞质量的更严格约束，特别是，我们发现没有支持任何推断的质量内的推定质量差距$M \lesssim 5 M_\odot$。
2018-07-18 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical Implications of Neutron Star Inspiral and Coalescence
在引力波中观测到的两颗中子星的第一个螺旋非常接近，允许同时观测引力波和电磁波，这是几年来没有预料到的。他们的合并，随后是伽马射线暴和千诺瓦，在电磁望远镜的光谱波段被观察到。这些GW和电磁观测在理解短伽马射线暴、确定最重元素的起源和确定中子星的最大质量方面取得了巨大进展。从潮汐在引力波形上的印记和对X射线双星的观测中，人们可以提取出螺旋形中子星的半径和变形能力。半径、最大质量和因果关系一起约束了中子星状态方程，未来的约束可以来自合并后振荡的观测。我们有选择地回顾这些结果，用推导和估计来填充一些物理学。
2022-01-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Testing the binary black hole nature of a compact binary coalescence
我们提出了一种新的方法来测试的二进制黑洞（BBH）的性质，可检测的引力波（GW）干涉仪的紧凑的双星，从而限制其他外来紧凑对象的参数空间。测试的精神在于黑洞的“无毛”猜想，其中黑洞的所有属性都由黑洞的质量和自旋来表征。该方法依赖于观测测量的四极矩的紧凑的二进制成分诱导由于其自旋。如果致密物体是一个克尔黑洞（BH），它的四极矩只能用它的质量和自旋来表示。否则，四极矩可以取决于附加参数（例如对象的状态方程）。引力波的相位和振幅中的高阶自旋效应，明确地包含了致密天体的自旋诱导四极矩，因此唯一地编码了致密双星的性质。因此，我们认为，一个独立的测量的自旋引起的四极矩的紧凑的双星GW观测可以提供一个独特的方式来区分二进制BH系统的二进制组成的外来紧凑的对象。
2017-09-06 astro-ph.HE gr-qc
Study of statistical properties of hybrid statistic in coherent multi-detector compact binary coalescences Search
在这篇文章中，我们重新审视的问题，相干多探测器搜索的引力波从紧凑的双星合并与中子星和黑洞使用先进的干涉仪，如LIGO-Virgo。基于最佳多检测器信噪比（SNR）的损失，我们构造了一个混合统计量作为最佳的最大似然比（MLR）统计量调整面对面和面对面的二进制文件。研究了混合统计量的统计性质。这种混合统计的性能进行了比较与通用倾角的相干MLR统计。由于单一的合成数据流，混合统计给出了较低的虚警相比，多检测器MLR统计和小的分数损失的最佳信噪比为大范围的二进制倾角。我们已经证明，对于LIGO-Virgo网络和二元倾角，ε< 70 deg。且ε> 110 °，混合统计量捕获了98%以上的网络最优匹配滤波器SNR，同时具有较低的虚警率。采用两种入射倾角分布U[cos（ε）]和B. F. Schutz使用混合统计执行，并且对于10^-5的固定虚警概率，与双流多检测器MLR统计相比，分别给出了约5%和约7%的检测概率。
2017-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Magnetic fileds of coalescing neutron stars and the luminosity function of short gamma-ray burst
合并中子星双星被认为是地面引力波探测器最可靠的来源，也是短伽马射线暴的可能祖先。在并合过程中，中子星的磁场可以诱发有趣的观测现象，并影响引力波信号的形式。本文采用粒子数合成方法，在对中子星初始参数及其磁场演化的不同假设下，模拟了中子星合并过程中的磁场分布。讨论了磁化中子星双星合并前可能出现的电磁现象以及磁场对引力波信号的影响。我们发现，中子星初始磁场的对数正态分布（单位为高斯）与射电暴的观测性质一致，在对中子星磁场演化和初始参数的不同假设下，产生的磁场能量分布能充分描述观测到的短伽马射线暴的光度函数.这一协议进一步支持合并中子星双星作为伽马射线暴的祖先的模型。
2009-09-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Long-Term Postmerger Simulations of Binary Neutron Star Coalescence: Formation of Toroidal Remnants and Gravitational Wave Afterglow
据估计，一个显着的比例的双中子星合并事件产生的长寿命的大质量残留物支持的差异旋转和旋转不稳定性。为了研究快速旋转的中子星（NS）合并后的形成和振荡，我们提出了一个探索性的研究完全广义相对论流体动力学模拟使用公共代码爱因斯坦工具包。注意力集中在质量方面的长期合并后的演变。作为简化的测试模型，我们使用一个适度的刚性伽玛=2的理想流体状态方程和未磁化的无旋等质量二进制与三个质量远低于阈值迅速崩溃。我们的高分辨率模拟产生合并后的“振铃”引力波（GW）的信号为170毫秒，持续旋转的大规模NS残留物没有崩溃的黑洞。我们观察到残留物内部的高密度双芯结构逐渐转变为准轴对称的环形结构。它以准周期的方式振荡，并由于引力辐射而缩小尺寸。在GW频谱图中，占主导地位的双峰在整个合并后的模拟中持续存在，并缓慢地漂移到更高的频率。在合并后约100 ms处出现一个新的低频峰，这是由于GW驱动的不稳定振荡模式的增长。网格分辨率的长期影响也使用相同的初始模型进行了研究。此外，我们评论的物理条件，有利于形成的瞬态环形配置，并讨论我们的研究结果对未来的GW观测目标快速旋转NS的影响。
2017-10-05 astro-ph.HE gr-qc
GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence
我们报告的引力波信号产生的两个恒星质量的黑洞合并的观察。该信号GW151226由激光干涉引力波天文台（LIGO）的双探测器于2015年12月26日03：38：53 UTC观测到。该信号最初通过在线匹配过滤器搜索在70秒内识别，该搜索针对二元聚结。随后的离线分析恢复了GW 151226，网络信噪比为13，显著性大于5 $σ$。信号在LIGO频段持续约1秒，频率和振幅在35至450 Hz的约55个周期内增加，并达到$3.4_{-0.9}^{+0.7} \times 10^{-22}$的峰值重力应变。推断的源帧初始黑洞质量为$14.2_{-3.7}^{+8.3} M_{\odot}$和$7.5_{-2.3}^{+2.3} M_{\odot}$，最终黑洞质量为$20.8_{-1.7}^{+6.1} M_{\odot}$。我们发现，至少有一个组成黑洞的自旋大于0.2。该源位于对应于红移$0.09_{-0.04}^{+0.03}$的$440_{-190}^{+180}$ Mpc的光度距离处。所有不确定性定义为90%可信区间。这第二次引力波观测提供了改进的限制恒星人口和偏离广义相对论。
2016-06-15 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Waves Probes of Parity Violation in Compact Binary Coalescence
重力平衡违反了吗？鉴于最近的观测引力波从合并紧凑的双星，我们制定了一个战略，找到一个答案与当前和未来的探测器。我们确定了引力波中宇称破坏的关键特征：在其传播过程中的振幅双折射和在其产生过程中的修正啁啾率。然后，我们确定最佳的二进制测试奇偶违反重力的存在，并优先进行建模，将需要进行这样的测试之前，探测器达到其设计灵敏度的研究。
2018-03-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Compact Binary Coalescences: Astrophysical Processes and Lessons Learned
2016年2月11日，LIGO和Virgo科学合作宣布首次直接探测到引力波，这是LIGO干涉仪在2015年9月14日捕获的信号，由两个恒星质量的黑洞合并产生。这一发现标志着一种全新的研究宇宙的方法的开始。LIGO、Virgo和KAGRA的最新引力波目录使引力波事件总数达到90个，预计在未来几年内，当更多的地面和空间干涉仪投入使用时，这一数字将显著增加。从理论的角度来看，我们对探测到的事件来自哪里只有模糊的想法，并且对于致密双星合并的天体物理学的五个W和How中的大多数的答案仍然是未知的。在这项工作中，我们回顾了我们目前的知识和不确定性的天体物理过程背后合并致密天体二进制文件。此外，我们讨论了通过最新的引力波探测所学到的天体物理学经验教训，特别注意来自特殊事件的理论挑战（例如，GW190521和GW190814）。
2022-06-30 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Charged Compact Binary Coalescence Signal and Electromagnetic Counterpart of Plunging BH-NS mergers
如果致密二元合并的至少一个成员带电，则两个成员的内螺旋将产生功率不断增加的坡印廷通量，从而产生与合并的啁啾信号在时间上相关的短暂电磁对应物（可能有很小的时间偏移），我们将其称为{ \em带电致密二元合并}（cCBC）信号。我们开发了一个一般的理论cCBC的任何质量和每个成员的电荷量。中子星（NS），作为旋转的磁铁，保证是带电的，所以cCBC信号应该伴随着所有的中子星合并。在小质量比（$q \equiv m_2/m_1 < 0.2$）的BH-NS合并中，当NS作为一个整体进入BH时，cCBC信号是干净的，如果NS是类蟹状的，其亮度/能量可以达到快速射电暴的亮度/能量。还估计了极端质量比Inspiral系统（EMRI）中cCBC信号的强度。
2020-06-15 astro-ph.HE
Interpreting Binary Neutron Star Mergers: Describing the Binary Neutron Star Dynamics, Modelling Gravitational Waveforms, and Analyzing Detections
由中子星双星合并而发出的引力波为探索物质和未探索的极端状态下的基础物理打开了一扇新的窗口。为了提取关于中子星内部超核物质和致密双星系统性质的信息，需要可靠的理论处方。本文综述了中子星并合过程中的动力学和引力波信号的一般特征。我们简要介绍了现有的分析和数值方法来调查的高度动态，强场区合并过程中。我们回顾现有的波形近似，并讨论个别波形模型的属性和可能的优点和缺点，以及它们在实际引力波数据分析中的应用。
2020-04-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Unraveling Binary Evolution from Gravitational-Wave Signals and Source Statistics
下一代地面引力波探测器很可能观测到来自致密天体双星合并的引力波。我们描述了最先进的致密二元聚结率的预测和报告的初步努力，以开发一个框架转换成改进的约束天体物理参数的引力波观测。
2010-01-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Rates of Compact Object Coalescences
引力波探测使得能够测量由两个致密物体-中子星和/或黑洞-组成的双星的合并速度。包含中子星的双星的合并速率进一步受到电磁观测的限制，包括银河射电双星和短伽马射线暴。与此同时，越来越复杂的紧凑物体通过各种进化渠道合并的模型产生了一系列理论上预测的速率。仪器灵敏度的快速提高，以及新的和改进的调查计划，使这是一个适当的时间来总结现有的观测和理论知识的紧凑的二进制合并率。
2022-08-26 astro-ph.CO astro-ph.HE
Extreme Gravity Tests with Gravitational Waves from Compact Binary Coalescences: (I) Inspiral-Merger
LIGO/Virgo合作对紧凑双星的螺旋和合并的观测开创了强场引力研究的新时代。我们回顾了当前和未来对强引力和使用引力波干涉仪的克尔范式的测试，无论是在理论不可知的框架（参数化的后爱因斯坦形式主义）还是在特定的修改引力理论（标量张量、爱因斯坦膨胀子-高斯-博内特、动力学陈-西蒙斯、洛伦兹破坏和额外维度理论）的背景下。在这方面的贡献，我们集中在（i）所携带的信息的inspiral辐射，和（ii）最近的进展，在修改后的引力的数值模拟紧凑的二元合并。
2018-04-04 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Modeling the gravitational wave signature of neutron star black hole coalescences: PhenomNSBH
对于黑洞双星系统和中子星双星系统，存在精确的引力波信号模型，这与迄今为止所有已发表的引力波观测结果是一致的。第三类致密双星系统，中子星黑洞（NSBH）双星的探测尚未得到证实，但在不久的将来，人们热切期待。对于NSBH系统，GW模型不存在于信号的可行参数空间中。在这项工作中，我们提出的频域唯象模型，PhenomNSBH，GWs产生的NSBH系统的质量比从相等的质量高达15，自旋的黑洞的无量纲自旋的$|χ|=0.5$，和潮汐变形范围从0（BBH限制）到5000。我们扩展以前的工作NSBH系统的现象学振幅模型产生一个振幅模型，是由一个单一的潮汐变形参数化。该振幅模型与描述潮汐校正的解析相位模型相结合。由此产生的近似相比，公开的NSBH数值相对论模拟和混合波形构造的数值相对论模拟和潮汐inspiral近似。对于第二代地基探测器观测到的大多数信号，将难以单独使用GW信号来区分单个NSBH系统与BNS或BBH，因此难以明确识别NSBH系统。
2020-06-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Effects of vertical advection on multimessenger signatures of black hole neutrino-dominated accretion flows in compact binary coalescences
在中子星或黑洞与中子星的合并事件中，可能最终形成黑洞超吸积盘。在非常高的质量吸积率下，MeV的中微子将从这个盘中发射出来，这被称为中微子主导的吸积流（Neutrino-dominated accretion flow，简称NND）。在圆盘外的空间中，中微子湮灭的能量足以发射出超相对论喷流，为伽马射线暴提供能量。此外，NDAF中可能存在垂直平流，这可以产生磁浮力气泡以释放伽马射线光子。在本文中，我们考察了NDAF中垂直平流对不同吸积率的盘结构和γ射线及中微子光度的影响。然后，我们研究了由NDAF中的γ光子和中微子驱动的Kilonovae和随后的引力波（GW）的各向异性发射。与没有垂直平流的NDAF相比，垂直平流的情况下中微子光度和GW应变略有下降，并且注入的γ射线光子将使千中子变亮。未来的多信使联合观测可能会区分密集双星合并后NDAF中是否存在垂直平流。
2022-11-16 astro-ph.HE
Fast and accurate prediction of numerical relativity waveforms from binary black hole coalescences using surrogate models
通过求解爱因斯坦方程来模拟二元黑洞（BBH）合并在计算上是昂贵的，需要几天到几个月的超级计算时间。使用降阶建模技术，我们构建了一个准确的代理模型，这是在毫秒到一秒的评估，从非自旋BBH聚结与质量比在$[1, 10]$和持续时间对应的约$15$轨道合并前的数值相对论（NR）波形。我们评估模型的不确定性，并表明我们的建模策略预测NR波形{ \em not}用于代理的训练，误差几乎与NR代码的数值误差一样小。我们的模型包括所有球谐${}_{-2}Y_{\ell m}$波形模式解决的NR代码高达$\ell=8.$我们比较我们的代理模型有效的一体波形从$50$ - $300 M_\odot$先进的LIGO探测器，并发现代理总是更忠实（在大多数情况下，至少一个数量级）。
2015-10-07 astro-ph.HE cs.CE gr-qc
