Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters: Implications for Advanced LIGO
预测的双黑洞从星系场合并的速度可以在几个数量级上变化，并且对恒星演化的假设非常敏感。但在球状星团等致密恒星环境中，二元黑洞通过众所周知的引力相互作用形成。在这封信中，我们研究了黑洞双星的形成，在广泛收集的现实球状星团模型。通过将这些模型与观测到的银河系和河外球状星团进行比较，我们发现动态形成的双星合并可以以每年约100的速度被检测到，这可能主导了双星黑洞合并的速度。我们还发现，大多数星团形成的双星比它们的场形成的双星质量更大，这表明先进的LIGO可以识别某些双星起源于致密的恒星环境。
2015-12-21 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave detection rates for compact binaries formed in isolation: LIGO/Virgo O3 and beyond
使用模拟进行人口合成代码MOBSE，我们计算的合并率密度和检测率的紧凑的二进制合并形成隔离的第二代和第三代引力波探测器。我们估计利率是如何影响的关键恒星物理参数，即共同的包络演变和出生踢的不确定性。我们估计未来的升级将如何增加合并事件的可用目录的大小，我们讨论的合并率密度，将成为第三代探测器访问的功能。
2019-10-03 astro-ph.HE gr-qc
Anisotropic mass ejection from black hole-neutron star binaries: Diversity of electromagnetic counterparts
黑洞-中子星双星的合并过程中，当中子星在合并前发生破裂时，可以喷射出质量约为0.01-0.1M_sun的物质。喷出物表现出明显的各向异性，并在一个特定的方向与体积速度约0.2c。这与双中子星合并有很大的不同，后者的喷出物几乎是各向同性的。各向异性喷出物带来了黑洞-中子星双星特有的电磁对应体多样性，如视角依赖性、极化和自行。本文还讨论了黑洞的反冲速度、引力波记忆发射和宇宙线加速等问题。
2013-08-23 astro-ph.HE gr-qc
Merger rate of black hole binaries from globular clusters: theoretical error bars and comparison to gravitational wave data from GWTC-2
动态形成于球状星团中的黑洞双星被认为是宇宙中引力波的主要来源之一。在这里，我们使用我们的新的人口合成代码，cBHBd，以确定红移演化的合并率密度和质量的黑洞双星形成的球状星团。我们模拟$\sim 2$百万模型来探索与真实集群和所有质量尺度相关的参数空间。我们发现，当初始集群的质量函数和密度的不确定性被适当考虑，他们成为两个主导因素，在合并率的理论误差条设置。其他模型参数（例如，出生踢，黑洞质量，金属性）对局部合并率密度几乎没有影响，尽管它们影响合并黑洞的质量。将合并率密度作为红移的函数建模为$R(z)=R_0(1+z)^κ$在$z<2$，并边缘化不确定性，我们发现：$R_0=7.2^{+21.5}_{-5.5}{\rm Gpc^{-3}yr^{-1}}$和$κ=1.6^{+0.4}_{-0.6}$（$90\%$可信度）。速率参数的二进制合并内的集群是${R}_{\rm 0,in}=1.6^{+1.9}_{-1.0}{\rm Gpc^{-3}yr^{-1}}$和$κ_{\rm in}=2.3^{+1.3}_{-1.0}$ ; $\sim 20\%$这些形式的引力波捕获的结果，这意味着偏心合并从球状星团贡献$\lesssim 0.4 \rm Gpc^{-3}yr^{-1}$的本地率。与LIGO-Virgo报告的合并率的比较表明，大多数检测到的黑洞合并形成于球状星团中的情况与当前的限制是…
2020-11-07 astro-ph.HE gr-qc
Sky localization of complete inspiral-merger-ringdown signals for nonspinning massive black hole binaries
我们调查的能力LISA测量天空的位置等质量，nonspinning黑洞二进制文件，第一次结合整个吸气合并振铃信号，LISA轨道的影响，并完成三通道LISA响应。我们考虑一个位于LISA灵敏度带峰值附近的系综，总静止质量为2 \times 10^6 M \odot，红移z = 1，方向和天空位置随机选择。我们发现中值天空定位误差约为\sim 3弧分。这与强大的电磁望远镜的视场相当，例如詹姆斯韦伯太空望远镜，可以用来搜索与合并大质量黑洞相关的电磁信号。我们调查的方式，其中参数误差随测量时间的增加而减少，特别关注在合并振铃段的信号提供的额外信息。我们发现，这些信息直接改善了所有参数估计，而不是通过减少与任何子集的明确参数的相关性。虽然我们在这项研究中采用了基线LISA设计，但我们关于合并提供的信息的许多结论也适用于替代任务设计。
2011-04-29 astro-ph.HE gr-qc
A brief overview of black hole-neutron star mergers
在地面引力波观测可探测到的三种主要双星中，黑洞-中子星（BHNS）合并仍然是最难以捉摸的。虽然候选BHNS存在于高级LIGO/Virgo合作的第三次观测运行期间发布的触发器中，但到目前为止尚未确认检测。至于双中子星系统，BHNS双星使我们能够探索广泛的物理过程，包括中子星状态方程，核合成，恒星演化，高能天体物理和宇宙膨胀。在这里，我们回顾一些BHNS系统的主要特征：破坏和非破坏双星之间的区别，BHNS合并可以产生的流出类型，以及可以从观测它们的引力波和电磁信号中提取的信息。我们还强调，对于最有可能的二元参数，BHNS合并似乎不太可能电源电磁信号比二元中子星系统。最后，我们讨论了一些问题，仍然限制了我们的能力，从BHNS二进制模型和解释电磁信号。
2020-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical formation signatures of black hole binaries in the first detected mergers by LIGO
恒星质量黑洞-黑洞双星的动力学形成一直是激光干涉引力波天文台（LIGO）的一个有希望的引力波源。质量分离、引力聚焦和多体动力学相互作用自然地增加了致密恒星系统中质量最大的黑洞之间的相互作用速率，最终导致它们合并。我们发现，动力学相互作用，特别是三体双星的形成，提高合并率的黑洞双星的总质量M_tot大致为~M_tot^beta，β>~ 4。我们发现，这种关系大多独立于初始质量函数，但确切的值取决于质量分离的程度。这种大质量黑洞双星的探测率只有通过LIGO对M_tot <~ 80太阳质量的大质量黑洞双星的更高灵敏度才能进一步提高。我们发现，对于幂律BH质量函数dN/dM ~ M^-α，α <~ 2，LIGO最有可能探测到质量是最大初始黑洞质量两倍且质量比接近1的黑洞双星。星团内黑洞的重复合并导致大约5%的合并被观察到是最大初始黑洞质量的2到3倍。利用这些关系，人们可以将观测到的分布反演为初始质量函数，并多次探测到合并的黑洞双星。
2016-06-29 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing the Demographics of Compact Binaries with Merger Entropy Index
本文提出并合熵指数作为新判据，通过分析LVK目录事件，区分双黑洞及中子星-黑洞的形成通道，并成功识别GW190521为第二代并合、GW230529偏向中子星-黑洞事件。
2024-11-05 astro-ph.HE gr-qc
Black hole-neutron star binaries
本文综述了黑洞-中子星双星合并及合并后演化的数值相对论流体动力学和磁流体动力学建模，探讨了决定合并结果的因素、所需输入物理及先进模拟的发现。
2024-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Enhanced Black-Hole Mergers in Binary-Binary Interactions
研究了四重系统中黑洞（BH）双星的轨道演化，其中第三重双星通过Lidov-Kozai（LK）振荡激发BH双星的大偏心率，导致BH双星通过引力辐射合并.对于典型的BH二进制的质量$m_{1,2}\simeq 20M_\odot-30M_\odot$和初始半长轴$a_0\sim100$ AU（这样的二进制有没有机会合并自己在$\sim10^{10}$ yrs），我们表明，二进制的相互作用可以显着增加合并的LK窗口（范围的同伴倾斜，允许BH二进制合并在10~Gyrs）。这种增加是由BH双星的LK振荡和由第三双星驱动的外（双星-双星）轨道的节进动之间的长期共振引起的。因此，在存在第三双星的情况下，BH合并分数增加到$10-30\%$，比在类似的三元系统中发现的合并分数大一个数量级。我们的分析（适当的缩放）可以很容易地适应其他配置的系统，如相对紧凑的BH二进制和适度层次的三元组，这可能会产生更高的合并分数。由于恒星四重体在银河场中的出现率并不比恒星三重体小得多，我们的结果表明，动力学诱导的BH合并可能是LIGO/VIRGO观测到的BH合并产生的一个重要通道.
2018-12-25 astro-ph.HE gr-qc
Numerically stable equations for the orbital evolution of compact object binaries
Université de Genève（日内瓦大学）；University of Florida（佛罗里达大学）
本文提出在ln空间中重写Peters方程，提升数值求解稳定性与效率，减少60%-70%的函数调用次数，用于计算紧凑双星轨道演化和并合时间。
2026-03-20 astro-ph.HE gr-qc
Hierarchical Black Hole Mergers in Nuclear Star Clusters: A Combined Dynamical-Secular Channel for GW231123-like Events
Zhejiang University（浙江大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；Cornell University（康奈尔大学）
研究针对 GW231123 类黑洞合并事件挑战标准模型的问题，提出在核星团中通过结合双星 - 单星相互作用与中央超大质量黑洞驱动的长期演化来产生此类合并，预测相关双星并指出探测其可助于了解黑洞组装动力学。
2026-07-17 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole - Neutron Star Binary Mergers: The Imprint of Tidal Deformations and Debris
引力波干涉仪灵敏度的提高将带来对双黑洞和双中子星合并的额外探测。它也很可能增加许多黑洞-中子星双星的合并事件。区分高质量比的混合双星和双星黑洞合并可能是具有挑战性的，因为在这种情况下，中子星与黑洞合并而没有经历重大的破坏。为了研究混合二进制合并到那些行为更像二进制黑洞合并的过渡，我们提出了不同的质量比合并模拟的结果。我们展示了中子星的变形和破裂程度如何影响螺旋和合并动力学，最终黑洞的性质，由潮汐碎片的圆形化形成的吸积盘，引力波，以及应变谱和失配。计算结果还表明了将黑洞击穿的Bowen-York初始数据推广到有中子星伴星的双星的初始数据方法的有效性。
2021-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole and Neutron Star Binary Mergers in Triple Systems: Merger Fraction and Spin-Orbit Misalignment
由外部伴星引力扰动驱动的黑洞并合是LIGO探测到的黑洞并合双星的一类重要形成通道。我们研究了三重系统中双星BH的轨道和自旋演化，其中第三伴星通过Lidov-Kozai振荡激发内双星的大偏心率，导致双星通过引力辐射合并。使用单轨道平均和双轨道平均的长期动力学方程的三重态，我们确定合并窗口（范围内的同伴倾斜，允许内部的二进制合并）和合并分数作为各种系统参数的函数。对于典型的BH双星，合并分数迅速增加与扰动偏心率$e_{\rm out}$，因为八极摄动，达到$10-20\%$在$e_{\rm out}=0.9$。推导了在八极效应可忽略的情况下系统的合并窗口和合并分数的解析表达式，并将其应用于三重态的中子星双星合并。我们还遵循自旋演化的BH在同伴诱导的轨道衰变。从对齐的自旋轴开始，当双星进入LIGO带时，可以产生大范围的最终自旋轨道失准角$θ_{\rm sl}^{\rm f}$。对于八极效应较小的系统（如等质量双星或$e_{\rm out}\sim 0$），$θ_{\rm sl}^{\rm f}$的分布在$90^\circ$附近达到峰值。随着八重效应的增加，最终自旋轴的分布更加各向同性。总的来说，合并BH二进制产生的Lidov-Kozai振荡在三重显示出独特的分布的有效自旋参数$χ_{\rm eff}$，这可能是用来区分这个形成通道从其他人。
2018-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Mergers Induced by Tidal Encounters with a Galactic Centre Black Hole
我们讨论了恒星质量的黑洞（BH）合并引起的潮汐遇到一个大规模的BH在银河系中心或潜在的密集星团的属性。大质量黑洞对双星系统的潮汐破坏可以产生超高速恒星。然而，这样的潮汐相遇并不总是导致双星的分裂。由于幸存的双星往往会变得坚硬和古怪，这个过程原则上可以产生BH合并。对于最初的圆形双星，我们表明，引力波（GW）合并时间变得更短的一个因素比$10^{2}$（$10^5$）在$10\%$（$1\%$）的幸存的情况下。这种减少主要是由于在潮汐相遇时双星的离心率增加。我们还研究了幸存者的有效自旋，假设BH自旋最初与二进制轨道角动量对齐。我们发现，二进制取向可以翻转在相反的方向在潮汐遇到。对于具有大的合并时间缩减因子的幸存者，有效尾旋分布是相当平坦的。我们估计，由于潮汐相遇通道的合并率为$\sim 0.6\ \textrm{Gpc}^{-3}\textrm{yr}^{-1}$。这一机制不可能成为BH合并的主导形成渠道。然而，目前和不久的将来，GW观测站预计将检测到大量的BH合并。如果在大质量黑洞附近发现合并（例如，检测到GW透镜回波或之前的极端质量比爆发），这种机制将为它们的起源提供可能的解释。
2019-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Modeling Flows Around Merging Black Hole Binaries
合并中的大质量黑洞双星是由星系合并产生的。黑洞合并的最后阶段会产生强大的引力辐射，可以被太空中的LISA探测到。在气体和磁场存在的情况下发生黑洞合并的情况下，也可能产生各种类型的电磁信号。模拟这种最终合并的电磁对应物需要演化黑洞周围强场区域的气体和场的行为。我们已经朝着解决这个问题迈出了一步，通过映射动态的，三维广义相对论时空中的无压物质流，围绕合并的黑洞。我们发现单个黑洞和二元黑洞的结果之间，以及二元黑洞中非旋转和旋转的黑洞之间，碰撞和流出速度存在质的差异，包括当物质的净角动量较低时合并的特征。如果未来的磁流体动力学结果证实了这些差异，它可能允许评估的性质的双星，以及产生一个可识别的电磁对应伴随的引力波信号。
2009-07-31 astro-ph.HE gr-qc
$r$-process nucleosynthesis in the early Universe through fast mergers of compact binaries in triple systems
晕星的表面丰度观测暗示了在低金属丰度（$\rm{[Fe/H]< -3}$）下发生的$r$过程核合成，可能发生在第一颗恒星形成后的第一个$10^8$年内。宇宙早期$r$过程核合成的可能位置是黑洞-中子星或中子星-中子星双星合并的喷出物。在这里，我们研究的倾斜-偏心率振荡引起的第三（如一颗星）的合并的时间尺度上的内部紧凑的物体双星的影响。我们的结果是高度敏感的假设的初始分布的内部二进制半长轴。分布与大多数宽紧凑的对象二进制的影响最大的第三个对象，导致在一个强大的增加（超过2倍）的分数快速合并。相反，如果分布优先填充非常接近的紧凑型双星，广义相对论岁差防止第三个机构增加内部的双星离心率非常高的值。在最后一种情况下，合并二进制文件的比例因第三个对象而增加得少得多，但即使没有第三个对象，在$10^8$ yr内合并的二进制文件的比例已经很高了。我们的研究结果提供了额外的支持，紧凑的对象合并的情况下，$r$过程核合成。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing types of compact-object binaries using the gravitational-wave signatures of their mergers
我们分析了合并的二进制中子星，中子星黑洞双星，和二进制黑洞，其引力波签名的人口的可测量性预计将被观察到的先进网络的地面干涉仪LIGO和处女座。我们认为人口合成预测合理合并二进制分布在质量空间，随着测量精度估计的主要引力波参数估计管道。我们发现，对于我们的模型致密天体双星质量分布，我们总是可以区分二进制中子星和黑洞-中子星双星，但不一定是黑洞-中子星双星和二进制黑洞;然而，几十个检测，我们可以准确地识别三个子群，并测量各自的速率。
2015-05-04 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Black Hole and Neutron Star Binary Mergers in Triple Systems: II. Merger Eccentricity and Spin-Orbit Misalignment
利用三级伴星诱导的Lidov-Kozai振荡研究了黑洞与中子星并合的动力学特征。对于每种类型的二进制（BH-BH和BH-NS），我们探索了广泛的二进制/三重参数，导致二进制合并，并确定偏心率（$e_\mathrm{m}$）和自旋轨道失调角（$θ_\rm {sl}^\rm f$）的分布时，二进制进入LIGO/VIRGO带。我们使用双平均（在两个轨道上）和单平均（在内轨道上）的长期方程，以及N体积分，发展系统与不同层次的水平，包括领先的顺序后牛顿效应，自旋轨道耦合和引力辐射。我们发现对于质量相当的BH-BH双星的合并，大约$7\%$有$e_\mathrm{m}>0.1$，$0.7\%$有$e_{\rm m}>0.9$ .大多数合并在LISA波段有显著的偏心。BH自旋演化和$θ_\rm {sl}^\rm f$与轨道演化和$e_{\rm m}$相关。具有$e_{\rm m} \lesssim 10^{-3}$的合并具有在$90^\circ$附近达到峰值的$θ_\rm {sl}^\rm f$的分布（并且因此有利于投影的二元自旋参数$χ_{\rm eff}\sim 0$），而具有较大$e_{\rm m}$的合并具有更各向同性的自旋轨道失配。对于典型的BH-NS双星，强烈的八元组效应导致更多的合并与不可忽略的$e_\mathrm{m}$（与$\sim 18\%$有$e_\mathrm{m}>0.…
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Tidal Effects in Eccentric Coalescing Neutron Star Binaries
在LIGO/Virgo波段中，动态形成的致密天体双星可能仍然是偏心的。对于偏心双星中的中子星，其基模（f模）在近心处被激发，将轨道的能量转移到中子星的振荡中。我们这个系统的模型耦合的NS f-模式的演化的轨道演化的二进制，因为它循环和走向合并。NS f模式激发通常加速轨道衰减并提前来自系统的引力波信号的相位。我们计算了这种效应如何改变近心通道的时间，并研究了如何合并前的累积相移取决于系统的初始偏心率。这种相移可以是大得多的高偏心合并比圆形合并，并可用于探测NS状态方程。
2019-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Search for gravitational waves from the coalescence of sub-solar mass binaries in the first half of Advanced LIGO and Virgo's third observing run
我们提出了一个搜索的引力波从合并的太阳质量黑洞双星使用的数据从上半年的先进LIGO和处女座的第三次观测运行。观测到太阳质量以下的黑洞合并可能是原始起源的一个迹象;原始黑洞可能有助于暗物质的分布。我们寻找黑洞合并的主要质量是$0.1-7 M_{\odot}$和次级质量是$0.1-1 M_{\odot}$。各种各样的模型预测生产和合并的二进制包含原始黑洞，一些涉及动态组装，这可能会允许剩余偏心率进行观察。对于分量质量$>0.5 M_{\odot}$，我们还搜索偏心轨道中的源，在10 Hz的参考引力波频率下测量，直到$e_{10}\sim 0.3$。我们没有找到令人信服的候选者，并对原始黑洞合并的速率设定了新的上限。0.5-0.5（1.0-1.0）~ $M_{\odot}$来源的合并率为$<7100~(1200)$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$。我们的限制比以前的分析限制多$\sim3-4$倍。最后，我们展示了我们的限制可以用来约束任意模型的原始黑洞质量分布和合并率。
2021-09-04 astro-ph.HE gr-qc
Merger of white dwarf-neutron star binaries: Prelude to hydrodynamic simulations in general relativity
白矮星-中子星双星产生可探测的引力辐射。建立了圆轨道上共转白矮星-中子星（WDNS）双星的牛顿平衡模型，发现这些模型在Roche极限处终止。在这一点上，二进制将经历稳定的质量转移（SMT）和长期的时间尺度上的发展，或不稳定的质量转移（UMT），这将导致在WD的潮汐中断。给定的双星将遵循的路径主要取决于它的质量比。我们分析了已知的WDNS双星的命运，并使用人口合成的结果来估计将进行SMT或UMT的LISA解决银河双星的数量。我们通过求解一组简单的常微分方程来模拟准平稳SMT历元，并计算相应的重力波形。最后，我们讨论了一般条款的可能的命运，二进制进行UMT和建设近似牛顿平衡配置合并WDNS残留物。我们使用这些配置来评估我们未来的合理结果，这些系统的完全相对论模拟。如果有足够的WD碎片落在NS上，残骸可能会坍缩，因此来自螺旋、合并和坍缩阶段的引力波将从LISA扫过LIGO频段。如果碎片在NS周围形成一个圆盘，它可能会分裂并形成行星。
2009-10-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Merger rate of stellar black hole binaries above the pair instability mass gap
在目前的恒星演化模型中，对不稳定超新星的出现意味着缺乏质量在$[60, \, 120] \, \rm{M}_\odot$之间的恒星黑洞，导致黑洞质量分布中存在上质量隙。在这封信中，我们开发了一个基准模型，描述BH对不稳定的差距以外，通过卷积的初始质量函数和恒星形成率与宇宙时间的金属丰度演化。在假设双星形成的物理机制在能隙之外没有变化的前提下，我们构造了合并BH双星的宇宙布居。BH二进制与以上的差距的质量组件的检测率，发现范围之间的$\simeq [0.4,\,7] \, \rm{yr}^{-1}$的LIGO/处女座在设计灵敏度和$[10, \, 460] \, \rm{yr}^{-1}$的第三代地面探测器，考虑到最悲观和最乐观的情况。LISA可以单独检测这些双星，从合并到数千年。在不到四年的时间内合并的事件数量，使多波段观测的顺序，预计在范围$[1, \, 20]$。虽然ET将检测所有这些事件，但LIGO/Virgo预计将检测其中的$\lesssim 50\%$。最后，我们估计，在LISA波段的未解决的来源的引力波背景，可以在原则上检测到的信噪比之间的$ \simeq 2.5$和$\simeq 80$。
2019-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Unveiling the merger structure of black hole binaries in generic planar orbits
本文提出了一种新的建模策略，通过规范不变的能量和角动量组合来描述一般平面轨道双黑洞并合的广义相对论动力学，揭示了并合参数的准普适结构，为任意轨道系统的精确波形模型奠定了基础。
2024-04-25 astro-ph.HE gr-qc
Binary Neutron Star Mergers
综述了双中子星系统并合的研究现状。我们首先讨论合并双星的形成渠道，我们讨论了最新的理论预测合并率。接下来，我们转向准平衡形式主义，用于研究二进制合并阶段之前，并产生完全动态模拟的初始数据。准平衡近似在发展我们对双星合并物理学的理解方面发挥了关键作用，特别是在轨道不稳定过程中，可以驱动双星在其寿命结束时合并。然后，我们转向动力学模拟中使用的数值技术，包括相对论形式主义，（磁）流体力学，引力波提取技术，和核微观物理处理。其次是迄今为止在该领域进行的模拟总结，包括完全相对论和微观物理详细模拟的最新结果。最后，我们讨论了该领域的可能方向，因为我们过渡到第二代的引力波干涉仪，而超级计算机达到千万亿次前沿。
2012-04-17 astro-ph.HE gr-qc
Science with the space-based interferometer eLISA. I: Supermassive black hole binaries
我们比较了不同eLISA任务设计的科学能力，包括具有不同臂长、低频噪声灵敏度和任务持续时间的四连杆（双臂）和六连杆（三臂）配置。对于每一种配置，我们考虑几个代表性的大质量黑洞形成的情况。这些方案被选择来探索两个物理机制，极大地影响eLISA率，即（i）黑洞播种，和（ii）两个星系的合并和合并的黑洞托管这些星系之间的延迟。我们使用Fisher矩阵分析和自旋旋进、仅吸气波形评估eLISA参数估计准确度。我们量化的合并和振铃中存在的信息，通过重新调整只使用信噪比的非旋进的inspiral合并振铃现象波形，并从一组减少的旋进数值相对论/后牛顿混合波形的inspiral Fisher矩阵估计。我们发现，在我们的研究中考虑的所有eLISA配置应该检测到一些大质量的黑洞二进制文件。然而，配置六个链接和更好的低频噪声将提供更多的信息，黑洞的起源在高红移和吸积的历史，他们可能允许识别电磁对应的大规模黑洞合并。
2016-01-12 astro-ph.HE gr-qc
Accurate inspiral-merger-ringdown gravitational waveforms for non-spinning black-hole binaries including the effect of subdominant modes
本文给出了一个解析波形族，它描述了非自旋黑洞双星的涡卷、合并和衰荡过程中的引力波，包括几种非四极模[（$\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
From mergers to collapse: scalarisation dynamics in neutron star binaries
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；University of Hamburg（汉堡大学）；Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文首次在爱因斯坦-标量-高斯-博内特引力中研究双中子星并合的非线性演化，揭示了标量化不稳定性导致的超质量中子星残骸坍缩增强现象。
2026-02-11 gr-qc
Observing mergers of non-spinning black-hole binaries
数值相对论领域的进展现在使得计算一般双星系统中双星黑洞合并的最后阶段成为可能。最先进的状态已经远远超出了等质量的情况下，进入不等质量和旋转区域的参数空间。我们提出了一个研究的参数空间的nonspinning部分，主要使用解析波形模型调整到可用的数值数据，重点是观测的影响。我们调查的影响，不同的质量比合并信噪比（SNR）的几个探测器，并比较我们的结果与预期的测试质量限制。我们注意到一个惊人的相似性的波形相位的合并波形在可用的质量比。受此启发，我们计算我们的1：1（等质量）和4：1质量比波形之间的匹配，在合并作为源天空上的位置的函数，使用一种新的形式主义的匹配，占高次谐波。这是中等质量比系统合并的质量比简并量的指标。
2010-04-06 gr-qc
Effects of the surrounding primordial black holes on the merger rate of primordial black hole binaries
我们发展了一个分析的形式主义计算合并率的原始黑洞双星与一般的质量函数，考虑由周围的原始黑洞和线性密度扰动的扭矩。我们发现$α=-(m_{i}+m_{j})^2\partial^{2} \ln {\mathcal R}(m_{i},m_{j})/\partial m_{i} \partial m_{j}=36/37$与质量函数无关。此外，考虑到周围原初黑洞对最近原初黑洞的转矩，原初黑洞双星的合并率密度之比与双星的质量无关.
2019-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Merger Rate Distribution of Primordial-Black-Hole Binaries
本文考虑所有原初黑洞及线性密度扰动的力矩，计算了一般质量函数下原初黑洞双星的并合率分布，并指出一维和二维分布对重构质量函数至关重要。
2018-07-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Merger rate of supermassive primordial black hole binaries
本文研究宇宙膨胀对超大质量原初黑洞双星并合率的影响，考虑任意扩展质量函数、力矩和线性密度扰动，发现低丰度下大质量PBH双星并合率显著低于预期。
2023-12-01 astro-ph.CO gr-qc
Nonlinear Gravitational Recoil from the Mergers of Precessing Black-Hole Binaries
我们目前的结果从88进动，等质量的大自旋黑洞双星（83与内禀自旋0.8和5与内禀自旋0.9）的广泛研究，并使用这些数据来模拟新的非线性贡献的引力反冲赋予合并的黑洞。我们发现了一个新的效果，交叉踢，提高了反冲部分对齐的二进制超出hangup踢效果。这导致反冲大于2000 km/s的概率增加了近两倍，因此，黑洞从星系中被弹射出来的概率也增加了，在最近合并的星系核心中观察到大的微分红移/蓝移。
2014-01-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining the Merger History of Primordial-Black-Hole Binaries from GWTC-3
利用GWTC-3引力波事件约束原初黑洞双星的并合历史，发现多次并合贡献次主导，可忽略；对数正态质量函数拟合最佳，恒星质量PBH不主导冷暗物质。
2023-04-02 astro-ph.CO gr-qc
Binary black hole mergers from merged stars in the Galactic field
大部分的大质量恒星都存在于近距离的双星系统中：（i）容易合并，（ii）伴随着另一颗遥远的第三恒星（三重星）。在这里，我们研究了由合并产物和第三伴星组成的恒星合并后双星的演化。我们发现，合并后的双星起源于紧凑的恒星三重外半长轴$a_{\rm out,init}\lesssim10^1\,-\,10^2\,\rm AU$提供了一种新的方式来形成二元黑洞合并在银河领域。通过粒子数合成，我们估计它们对总黑洞合并率的贡献为$\mathcal{R}(z=0)=0.3\,-\,25.2\,\rm Gpc^{-3}\,yr^{-1}$。合并双星黑洞是由恒星合并后的双星形成的，它们的质量比非常低。我们确定了一个临界质量比$q\simeq0.5$低于他们占主导地位的总黑洞合并率在外地。我们发现，在包括他们的额外的贡献，质量比分布的双黑洞合并在银河场的情况下是更好地符合从引力波探测推断。
2022-06-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Inspiral-merger-ringdown waveforms for black-hole binaries with non-precessing spins
基于完整的广义相对论对后旋、合并和衰荡的描述，首次给出了自旋非旋进的双黑洞的解析的旋进合并衰荡引力波形.通过匹配后牛顿描述的inspiral的一组数值相对论模拟，我们得到了一个波形的家庭，一个方便的少量的物理参数。这些波形将使我们能够检测到一个更大的参数空间的BBH聚结，包括相当一部分的进动二进制的可比质量制度，从而显着提高预期的检测率。
2011-06-08 astro-ph.CO gr-qc
Reconstruction of Primordial Power Spectrum of curvature perturbation from the merger rate of Primordial Black Hole Binaries
小尺度上的原初曲率扰动的性质还不清楚，而大尺度上的原初曲率扰动的性质已经通过对宇宙微波背景各向异性和大尺度结构的观测得到了很好的探索。本文提出了一种通过二元太初黑洞的合并率来重建小尺度上太初曲率扰动的方法，这种合并率可以由小尺度上的太初曲率大扰动来形成.
2021-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The final twist: A model of gravitational waves from precessing black-hole binaries through merger and ringdown
我们提出了PhenomPNR，引力波（GW）信号的频域唯象模型，从二进制黑洞合并，调整到数值相对论（NR）模拟旋进二进制。在许多电流波形模型中，例如，“Phenom”和“EOBNR”系列已被广泛用于分析LIGO-Virgo GW观测，解析近似用于将进动效应添加到非进动（对准自旋）双星模型中，并且只有对准自旋模型才完全调谐到NR结果。在PhenomPNR中，我们以两种方式合并了进动二进制NR结果：（i）我们通过合并和振铃产生了基于信号的进动动力学的第一个NR调谐模型，以及（ii）我们扩展了以前的对齐自旋模型PhenomD，以包括未对齐自旋对共同进动框架中信号的影响。NR校准已经进行了40个模拟的质量比在1：1和1：8之间的二进制文件，其中较大的黑洞有一个无量纲的自旋幅度为0.4或0.8，我们选择了五个角度的自旋错位与轨道角动量。PhenomPNR的典型错配精度在0.1%以内，最高质量比为1：4，在1%以内，最高质量比为1：8。
2021-07-19 gr-qc
The merger rate of primordial-black-hole binaries
原始黑洞（PBH）长期以来一直是难以捉摸的暗物质（DM）的候选者，并且在~20-100 Msun的质量范围内仍然没有受到很好的限制。PBH双星最近被认为是LIGO第一次探测到的可能来源。在本文中，我们彻底重新审视现有的估计合并率的PBH二进制文件。我们计算的概率分布的PBH双星形成于宇宙早期，占潮汐扭矩的所有其他PBH，以及标准的大尺度绝热扰动。然后，我们检查是否在早期宇宙中形成的PBH双星的轨道参数可以显着影响之间的形成和合并。我们的分析估计表明，潮汐场的晕和与其他PBH的相互作用，以及由未绑定的标准DM粒子的动力学摩擦，不做显着的工作，也不扭矩PBH二进制文件。我们估计由于重子吸积的扭矩要比以前的计算弱得多，虽然可能大到足以显着影响典型的PBH双星的偏心率。我们还重新审视了PBH-二进制合并率产生的引力捕获在当今的晕，占泊松波动。如果在早期宇宙中形成的双星存活到现在，正如我们的分析估计所表明的那样，它们主导了PBH的总合并率。此外，如果多光子黑洞在暗物质中占很大比例，那么这个合并率将比LIGO目前的上限大几个数量级。因此，LIGO将限制约10-300兆太阳的PBH构成不超过约1%的暗物质。然而，为了使这一结论完全可靠，需要对几个复杂的天体物理过程进行数值研究-例如第一个PBH晕的形成以及它们如何影响PBH双星，以及气体吸积到极端偏心的双星上。
2018-01-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The merger rate of primordial black hole binaries as a probe of Hubble parameter
本文提出利用下一代引力波探测器获得的PBH双星红移质量与并合率分布，反演质量函数并约束背景宇宙学中的哈勃参数。
2024-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Merger rate distribution of primordial black hole binaries with electric charges
考虑了开普勒轨道上带电荷电的质点双星的引力辐射和电磁辐射，并在考虑最近的原初黑洞的引力矩和电磁矩的情况下，计算了带荷和一般质量函数的原初黑洞双星的合并率分布.我们应用的形式主义的极端带电的情况下，发现$α=-(m_i+m_j)^2\partial^2 \ln {\cal R}(m_i,m_j)/\partial m_i \partial m_j=12/11$，这是独立的质量函数。
2020-08-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Computing the merger of black-hole binaries: the IBBH problem
双黑洞涡卷和合并过程中产生的引力辐射是大尺度干涉引力波观测的一个很有希望的观测对象。本文讨论了搜索这种辐射和解释任何观测到的波的一个严重障碍：目前的计算技术无法通过最后10个内旋轨道（约100弧度的引力波相位）来演化BBH。提出了一套新的数值相对论技术来解决这个"中间双星黑洞"（IBBH）问题：（i）在与BBH同向旋转的坐标系中进行数值演化，其中度规系数在长时间尺度的inspiral上演化;（ii）在数学上冻结不受波激发的引力自由度的技术。
1998-04-22 gr-qc
Eccentric black hole mergers and zoom-whirl behavior from elliptic inspirals to hyperbolic encounters
在数值相对论中，我们对非自旋的等质量和不等质量黑洞双星在一般偏心轨道上的参数进行了研究。所考虑的线性动量范围从圆形轨道的动量到该值的十倍。我们讨论了在双曲和椭圆区的变焦旋转行为的不同表现形式。双曲线数据集适用于动态捕获场景（例如在球状星团中）。椭圆区的演化对应于超大质量黑洞双星可能的终态。我们现场变焦旋转行为的偏心率低$e\sim0.5$，即在预期范围内的偏心率在大规模黑洞双星星系合并和双星星系中心附近。由此产生的重力波形揭示了丰富的结构，这将有效地打破参数空间中的退化，改善参数估计。
2012-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Rapid and Bright Stellar-mass Binary Black Hole Mergers in Active Galactic Nuclei
激光干涉引力波天文台（LIGO）发现了双黑洞双星发射引力波的直接证据。星系核被认为是恒星质量黑洞的聚集地。这些黑洞中的相当一部分（$\sim30\%$）可以存在于双星系统中。我们研究了活动星系核中的黑洞双星的命运，它们被困在中心超大质量黑洞周围的吸积盘的内部区域。我们表明，二进制黑洞可以迁移到磁盘内，然后迅速合并以及在一个萨尔皮特时间。双星也可能从盘中吸积大量的气体，远高于爱丁顿速率。这可能导致可检测的X射线或伽马射线发射，但需要具有几个百分比辐射效率的超爱丁顿吸积，与薄盘相当。我们讨论了引力波观测和黑洞人口研究的影响。我们估计，先进的LIGO可能会检测到$\sim20$这样，气体诱导的二元合并每年。
2016-12-17 astro-ph.GA astro-ph.HE 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
Constraining changes in the merger history of (P)BH binaries with the stochastic gravitational wave background
来自原始黑洞分布的黑洞双星可能会表现出大的合并率，直到大的红移。使用唯象模型的合并率，我们表明，其斜率的变化，红移$z\sim 4$，约束的随机引力波背景的振幅从LIGO/室女座O3运行的电流限制。这表明，随机背景约束的合并率大于单个事件视界的检测（$z\simeq 1$相同的检测器）的红移。此外，我们表明，陡峭的合并率的随机引力波信号在中频的形状不同于通常的$2/3$ IR标度。我们讨论了我们的模型的影响，为未来的实验在很宽的频率范围内，作为设计LIGO/Virgo阵列，爱因斯坦望远镜，LISA和PTA。此外，本发明还我们表明，i）随机背景和目前的合并率提供了同样的约束边界上的丰度PBH所产生的高斯分布的不均匀性和ii）退化的水平上的随机背景（即不同的合并历史导致类似的随机背景）可以通过考虑由未来的探测器（如爱因斯坦望远镜）从数量计数中对合并率的补充直接观测来打破。
2022-01-28 astro-ph.CO gr-qc
Unequal-mass boson-star binaries: Initial data and merger dynamics
本文将等质量致密双星的修正初始数据构造推广至任意质量比，有效避免了不等质量玻色星双星碰撞中的虚假伪影，并借此详细探讨了相位偏移对双星合并的影响。
2023-04-10 astro-ph.CO gr-qc
Merger of black hole-neutron star binaries: nonspinning black hole case
以准圆态为初始条件，在完全广义相对论下模拟了黑洞（BH）-中子星（NS）双星的并合过程。BH由没有自旋的移动穿刺模型化，NS由具有$Γ=2$的$Γ$定律状态方程模型化。共旋速度场假设为NS。BH的质量和NS的静止质量被选择为$\approx 3.2 M_{\odot}$和$\approx 1.4 M_{\odot}$，NS的半径相对较大$\approx 14$ km。NS在最内侧稳定轨道附近被潮汐破坏，但即使对于这样小的BH质量$\sim 3M_{\odot}$，材料的$\sim 80%$也被吞噬到具有小圆盘质量$\sim 0.3M_{\odot}$的BH中。结果表明，一个BH和一个$\sim M_{\odot}$大质量盘的系统不是由非自旋BH-NS双星形成的，尽管一个质量为$\sim 0.1M_{\odot}$的盘是一个可能的结果。
2006-12-22 gr-qc
Observing complete gravitational wave signals from dynamical capture binaries
我们评估了高偏心致密双星的引力波信号的可探测性。我们使用一个简单的模型来描述这些系统的螺旋、合并和振铃。该模型是基于映射的二进制到一个有效的单黑洞系统所描述的克尔度规，从而包括某些相对论效应，如变焦旋转型行为。由此产生的测地线源四极辐射，反过来，在其耗散效应下演变。在光环，我们附加一个合并模型，以前开发的准圆形合并，但也表现良好的偏心合并，几乎没有修改。我们应用这个模型来确定这些源的初始，增强，和先进的LIGO在整个参数空间的nonspinning近距离捕获紧凑型二进制的可探测性。我们的结论是，如果这些系统存在于自然界中，绝大多数将错过传统的突发搜索或准圆形波形模板在先进的检测器时代。必须开发其他方法，例如偏心模板，或者更实际的是堆叠过剩功率搜索，以避免丢失这些来源。这些系统在最初的LIGO数据分析中也经常被遗漏。因此，以前的零符合结果与检测到的伽马射线暴不能排除的可能性，符合引力波信号从偏心双星。
2013-02-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Merger Rate of Primordial Black Hole-Neutron Star Binaries in Ellipsoidal-Collapse Dark Matter Halo Models
原始黑洞作为暗物质的潜在宏观候选者，由于其随机分布，可以在暗物质晕中遇到其他致密天体。此外，与恒星质量黑洞-中子星（BH-NS）合并有关的引力波（GW）的探测提出了参与此类事件的黑洞可能具有原始起源的可能性。本文在椭球坍缩暗物质晕模型的框架下计算了PBH-NS双星的合并速率，并与球形坍缩暗物质晕模型的相应结果进行了比较。我们的研究结果表明，椭球坍缩暗物质晕模型可以潜在地放大合并率的PBH-NS二进制的方式，它是非常接近的范围估计的LIGO-Virgo观测。虽然球形坍缩暗物质晕模型不能证明PBH-NS合并事件与LIGO-Virgo合作报告的最新GW数据一致。此外，我们计算合并率的PBH-NS二进制作为PBH的质量和分数的函数范围内的椭球坍缩暗物质晕模型。结果表明，如果$f_{PBH}\simeq 1$的质量为$(M_{PBH}\le 5 M_{\odot}, M_{NS}\simeq 1.4 M_{\odot})$，则PBH-NS并合事件与LIGO-Virgo观测结果一致.我们还表明，至少有一个$(M_{PBH}\simeq 5 M_{\odot}, M_{NS}\simeq 1.4 M_{\odot})$事件的共动体积$1 Gpc^{3}$每年，椭球坍缩暗物质晕模型约束的PBH的丰度为$f_{PBH} \geq 0.1$。
2022-11-25 astro-ph.CO gr-qc
Black hole binary mergers in dense star clusters: the importance of primordial binaries
本文通过理论论证和N体模拟，研究了致密星团中原初双星演化形成的双星黑洞（BBH），发现低逃逸速度下原初双星是BBH并合的主导来源，高逃逸速度下动力学作用及双星-双星相互作用则显著影响BBH的演化与并合总数。
2023-11-18 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Busting Up Binaries: Encounters Between Compact Binaries and a Supermassive Black Hole
考虑到银河系中心附近的恒星密度，紧凑型双星和超大质量黑洞之间的近距离相遇是一个合理的发生。我们目前的结果从近1300万这样的遭遇的数值研究。与以前的研究相一致，我们证实，潮汐破坏的黑洞的二进制系统，组件的二进制保持绑定到孔的偏心率~ 0.97和circularizes显着的时候，它进入经典的LISA带。我们的研究结果还表明，人口的幸存双星值得关注。这些双星系统的内部轨道参数受到扰动，可能会产生有趣的观测结果。我们研究了生存参数空间的区域，并估计了相遇后轨道参数的分布。我们发现幸存的双星变硬，它们的离心率增加，从而加速了它们的合并，由于引力辐射发射，并增加了预测的合并率高达1%。
2015-01-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Fast coalescence of massive black hole binaries from mergers of galactic nuclei: implications for low-frequency gravitational-wave astrophysics
我们调查一个纯粹的恒星动力学解决方案的最后秒差距问题。由大合并产生的星系核不是球形的，但显示出一定程度的三轴性。与$N$体模拟，我们表明，大规模的黑洞二进制（MBHB）主办的，他们将不断与恒星的向心轨道，从而螺旋-在远小于哈勃时间-下降到分离时，引力波（GW）的排放是足够强大的驱动他们合并。这种聚结将是未来星载探测器（如{ \it激光干涉仪空间天线}（LISA））的重要GW源。根据我们的研究结果，我们预计LISA将看到$\sim 10$之间的$\sim {\rm few} \times 10^2$这样的事件每年，这取决于特定的MBH种子模型，在最近的星系合并树和MBH共同进化的研究。使用$e \gtrsim 0.001-0.01$，LISA带中的轨道偏心率将与零明显区分开。
2011-02-23 astro-ph.GA gr-qc
Compact Binary Merger Rate in Dark-Matter Spikes
本文计算球形与椭球形坍缩暗物质晕模型下暗物质尖峰中的致密双星并合率，发现椭球坍缩可增强并合率，且原初黑洞双星结果符合 LIGO-Virgo 观测。
2023-01-10 astro-ph.CO gr-qc
