Multipolar electromagnetic fields around neutron stars: exact vacuum solutions and related properties
中子星周围的磁场拓扑是脉冲星磁层物理研究的关键问题之一。一个非常广泛的文献存在关于一个偶极磁场的假设，但很少取得进展，试图包括多极组件在一个自洽的方式。在本文中，我们研究的多极电磁场锚定在恒星的影响。给出了任意阶$l$的封闭形式的精确解析解，并将其应用于延迟点四极子（$l=2$），六极子（$l=3$）和八极子（$l=4$），延迟点偶极子（$l=1$）的推广.我们还比较了从每个多极的坡印廷通量，并表明自旋下降的光度取决于比率$R/r_{\rm L}$，$R$是中子星半径和$r_{\rm L}$的光柱半径。因此，制动指数也取决于$R/r_{\rm L}$。由于这样的多极场具有非常不同的拓扑结构，最重要的是较小的长度尺度相比，偶极场，特别是接近中子星，我们调查的变形的极冠引起的这些多极场。这种磁场可能对解释怀疑来自这些极冠的脉冲无线电发射以及从高能光变曲线拟合推导出的推断几何形状和磁场强度产生强烈影响。在四极场的情况下，我们强调了两极焦散线模型和我们的新多极焦散线模型之间的区别。在这方面，我们证明，工作与偶极场可以是非常误导。
2015-04-01 astro-ph.HE gr-qc
A Multipole-Based Framework for Kerr Black Hole Mimickers: From General Construction to a Specific Case of Study
本文提出在线性化引力中按预定多极结构构造能量–动量张量的系统框架，并以类高斯各向异性旋转流体为例，实现对 Kerr 黑洞多极结构的精确再现。
2025-07-23 gr-qc hep-th
Multipolar Proca stars: electric, magnetic and hybrid solitons
Universidade de Aveiro（阿威罗大学）；Centre for Research and Development in Mathematics and Applications (CIDMA)（数学与应用研究中心）；Universitat de València（瓦伦西亚大学）
本文基于Einstein-Proca模型构建了新的处处规则孤子家族，通过非线性叠加电磁多极得到混合解，显示其在动态演化中不稳定，最终衰变为静态或旋转Proca星，或坍缩成黑洞。
2026-05-13 gr-qc hep-th
From Quantum Amplitudes to Spacetime Geometry: a Multipolar Framework for Black Hole Signatures
Scuola di dottorato in Scienze astronomiche, chimiche, fisiche, matematiche e della terra “Vito Volterra”（维托·沃尔特拉天文、化学、物理、数学和地球科学博士学校）
本文提出一种多极框架，通过量子振幅与经典引力可观测量的对应关系，研究黑洞特征及高维解的多极结构。
2026-01-21 gr-qc hep-th
The multipolar structure of rotating boson stars
相对论多极矩是描述致密天体周围引力场的一个重要因素。它们在描述合并双星系统的轨道演化方面发挥着至关重要的作用，并编码了关于双星组成部分性质的宝贵信息，这在它们的引力波发射中留下了可测量的印记。我们提出了一个新的研究一类任意自旋玻色子星的多极结构与四次自相互作用的大耦合极限，这些解决方案预计是稳定的。我们的结果加强和扩展以前的数值分析，表明即使是最紧凑的配置的多极结构偏离显着的克尔黑洞。我们提供了准确的数据多极矩作为对象的质量和自旋的函数，它可以直接用于构建inspiral波形近似和执行参数估计和搜索玻色子星双星。
2022-03-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Electromagnetic radiation generated by a charged particle plunging into a Schwarzschild black hole: Multipolar waveforms and ringdowns
本文研究了带电粒子从最内层稳定圆轨道的稍下方进入史瓦西黑洞时所发射的电磁辐射。偶宇称和奇宇称的电磁扰动被认为是。它们描述通过使用规范不变的主函数和正则化的多极波形，以及它们的非正则化对应构造的准正模谱得到任意方向的观察，特别是，外的轨道平面的暴跌粒子。他们是在极好的协议和结果，特别强调了高次谐波的波形失真的影响。
2018-07-05 gr-qc hep-th
Source multipoles and energy-momentum tensors for spinning black holes and other compact objects in arbitrary dimensions
本文在动量空间中推导出任意维度下由质量和角动量构成的能量-动量张量的一般形式，首次在广义相对论中定义源多极矩，并由此重建Kerr和Myers-Perry黑洞的多极结构及相应物质源。
2025-04-09 gr-qc hep-th
Distinguishing fuzzballs from black holes through their multipolar structure
在广义相对论中，孤立黑洞的唯一定态解是克尔时空，它具有一种独特的多极结构，只取决于它的质量和自旋。我们开发了一个通用的方法来提取任意静止时空的多极矩，并将其应用到一个大家庭的水平微观几何形状。后者可以打破Kerr度规的轴对称和赤道对称，具有更丰富的多极结构，这为唯象地约束模糊球模型提供了一个入口。我们发现的数值证据表明，所有的多极矩通常大于（绝对值）的克尔黑洞具有相同的质量和自旋。目前对黑洞候选者四极矩的测量只能对模糊球施加轻微的限制，而未来通过空间任务LISA对极端质量比吸气的引力波探测将使这些限制提高几个数量级。
2020-10-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Propagation of Light in the Field of Stationary and Radiative Gravitational Multipoles
极高精度的无线电/光学干涉天文台，如SKA，盖亚，SIM和LIGO/LISA引力波探测器的无与伦比的灵敏度要求更深入的理论处理电磁信号的传播通过太阳系的变量引力场，振荡和进动中子星，合并的二元系统，爆炸超新星，碰撞星系的相对论效应。对于未来的引力波观测站来说，特别重要的是光线在由局部引力辐射源发射的多极引力波场中的传播问题。本文提出了物理上适当的和一致的数学解决方案，这个问题的第一个后闵可夫斯基近似的广义相对论，占所有时间相关的多极矩的一个孤立的天文系统。
2006-03-15 gr-qc
Carter-like constants of the motion in Newtonian gravity and electrodynamics
对于绕多极矩为Q_L的牛顿引力理论中的轴对称体运动的试验体，（对于在非相对论轨道上的电荷，其电荷分布具有相同的多极矩），我们证明了除了沿对称轴的能量和角动量分量外，还存在一个类似于广义相对论中Kerr时空的Carter常数的守恒量，如果奇数L阶矩为零，偶数L阶矩满足Q_2L = m（Q_2/m）^L.奇怪的是，这恰恰是旋转黑洞的无毛定理所要求的质量矩之间的关系。相比之下，如果牛顿引力被多极引力磁场所补充，而多极引力磁场的首项代表坐标系拖曳（或者如果静电场被多极磁场所补充），我们就无法找到类似的卡特常数。这进一步突出了广义相对论克尔几何的特殊性质。
2008-11-29 gr-qc
Corrections and Comments on the Multipole Moments of Axisymmetric Electrovacuum Spacetimes
根据Hoenselaers和Perjés的方法，我们提出了一个新的校正和尺寸一致的多极引力和电磁矩的静态轴对称时空。此外，我们使用我们的结果来计算多极矩，引力和电磁，一个Kerr-Newman黑洞。
2004-10-12 gr-qc
Multipole moments of compact objects with NUT charge: Theoretical and observational implications
我们利用Geroch-Hansen形式推导了Kerr-NUT黑洞时空的多极矩，即使时空不是渐近平坦的。有趣的是，在NUT荷存在的情况下，赤道平面的反射对称性的缺失导致了所有阶的质量和自旋多极矩，与克尔时空形成鲜明对比。这导致了NUT电荷的紧凑物体的多极结构的急剧偏离，其对引力波观测的影响已被探索。我们对Kerr-NUT时空的多极矩的分析也与索恩的方法一致。
2020-12-31 gr-qc hep-th
Generalized source multipole moments of dynamical horizons in binary black hole mergers
在这项工作中，我们发现了新的功能，在一个双黑洞合并的情况下，使用数值相对论的动态视界几何变形的演变。首先，在螺旋阶段，由于变形，两个黑洞的动力学视界被发现稳定地获得多极矩，消失时，视界是孤立的。其中，主导力矩被发现是四极矩。其次，我们表明它们编码了有关二元黑洞系统动力学的详细信息。特别是主导的四极多极矩被证明是强烈相关的引力场的系统在未来的零无穷大。因此，从系统中带走的引力波包含了强场状态下黑洞几何结构的信息。第三，我们还发现，在合并后的阶段，外部公共动力学视界的多极结构的系统是强相关的，在合并前的个人视野。然后，外部共同视界稳定下来，达到平衡，这是由系统通过内旋相获得的多极矩的衰减所暗示的。
2022-01-20 gr-qc
Testing the multipole structure of compact binaries using gravitational wave observations
我们提出了一种新的方法来测试的一致性的多极矩的紧凑的二元系统与广义相对论（GR）的预测。一个紧凑的二进制系统，已知的对称和无迹张量的多极矩，用于计算后牛顿（PN）形式主义内的紧凑的二进制的引力波形。对于nonspinning致密双星，我们推导出的引力波定相公式，在频域中，参数化每个PN阶项的多极矩，有助于该命令。使用GW观测，这个{ \it{parametrized multipolar phasing} }将允许我们导出对GR多极结构的可能偏离的界限，从而约束其他引力理论的参数空间。我们计算了第二代地基探测器，如先进的激光干涉引力波天文台（LIGO），第三代探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，以及天基探测器激光干涉空间天线（LISA）将能够测量这些多极参数的预测精度。我们发现，虽然先进的LIGO可以测量前两个或三个多极系数具有良好的精度，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜可能能够测量的前四个多极系数进入定相公式。在计划的天基LISA任务频带内，质量比为几十的中间质量比螺旋应该能够测量3.5PN定相公式中出现的所有七个多极系数。我们的发现突出了这类源探测强场重力制度的重要性。这项实验将有助于对爱因斯坦广义相对论多极结构的首次探索。
2019-01-15 astro-ph.HE gr-qc
Anti-de-Sitter regular electric multipoles: towards Einstein-Maxwell-AdS solitons
本文讨论了在反德西特（$AdS$）时空中的静电学。我们观察到多极展开与闵可夫斯基时空中的多极展开有两个关键的区别。第一，对于除λ外的每一个多极矩，处处存在能量有限的正则解。其次，当空间无限接近时，所有多极矩都以面积半径$1/r$的相同反幂衰减。第一个观测结果表明，在$AdS$时空中可能存在规则的、自引力的爱因斯坦-麦克斯韦孤子。第二个观察，使Lichnerowicz型无孤子定理不适用。因此，我们建议爱因斯坦-麦克斯韦孤子存在于$AdS$，我们支持这一说法，通过计算的一阶度量扰动源的测试电场多极子，这是在封闭的形式解析得到的。
2015-07-15 gr-qc hep-th
Testing the multipole structure and conservative dynamics of compact binaries using gravitational wave observations: The spinning case
在早期的工作[S。Kastha等人，PRD { \bf 98}，124033（2018）]，我们开发了{ \it参数化多极引力波定相公式}来检验准圆轨道上非自旋致密双星的广义相对论。本文推广了这一方法，将自旋的重要作用包括在内旋动力学中。进一步考虑了致密双星守恒能量PN系数的参数标度，得到了准圆轨道非旋进自旋致密双星的参数化定相公式.我们还计算了第二代和第三代地基引力波探测器网络以及计划中的天基探测器LISA将能够测量多极形变参数和结合能参数的预测精度。基于不同的源配置，我们发现，第三代探测器的网络将有可比的能力，LISA在约束的保守和耗散动力学的紧凑的二元系统。这种参数化的多极波形不仅在使用引力波探测导出多极和结合能系数与广义相对论的任何偏差的第一上限方面非常有用，而且对于下一代引力波探测器的科学案例研究也非常有用。
2019-05-17 astro-ph.HE gr-qc
Multipole charge conservation and implications on electromagnetic radiation
它表明，与麦克斯韦电动力学的规范对称性的一个特定的子类相关联的守恒电荷是成比例的众所周知的电多极矩。对称性是固定Lorenz规范后的剩余规范变换，并且具有非平凡的电荷。这些“多极电荷”接受来自带电物质和电磁场的贡献。前者只不过是源的电多极矩。在静止构型中，两种贡献之间存在一种新的均分关系。多极电荷虽然守恒，但可以自由地插入源和电磁场之间，因此可以与辐射一起传播。利用多极电荷守恒，我们得到了带电物质动力学产生的辐射的无穷多个约束。
2016-10-27 gr-qc hep-th
Octupolar Gravitational Radiation in de Sitter Spacetime
Chennai Mathematical Institute（钦奈数学研究所）；Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Jagielloński（雅盖隆大学理论物理研究所）
该研究在广义谐和规范下推导了德西特时空局域物质源的八极引力辐射，提出通用多极矩微分恒等式，扩展了多极展开阶数，为构建多极后德西特形式奠定基础。
2026-09-16 gr-qc hep-th
Parametrized Post-Newtonian Theory of Reference Frames, Multipolar Expansions and Equations of Motion in the N-body Problem
我们讨论了一类标量-张量引力理论中参数化后牛顿（PPN）形式的协变推广。它包括一个孤立的N体天文系统的全局和局部（类费米）参考系的精确构造以及这些参考系中引力场的PPN多极分解。我们推导出PPN方程的平移和旋转运动的扩展机构，考虑到所有的引力多极和分析的相对论动力学，可以是重要的，在最新阶段的轨道演化的合并的二元系统的身体有限尺寸的影响。我们还调和了国际天文学联合会2000年决议的广义相对论参考系在太阳系与PPN运动方程的JPL星历中使用的太阳系天体。
2006-05-24 astro-ph gr-qc math-ph
Multipole Expansion of Gravitational Waves: from Harmonic to Bondi coordinates
我们将多极后闵可夫斯基近似中孤立物质源的度规从简谐（de Donder）坐标变换到辐射Newman-Unti（NU）坐标。为了线性化的顺序，我们得到的NU度规作为源的质量和电流多极矩的功能，有效的整个外部区域的源。施加适当的边界条件，我们恢复广义Bondi-van der Burg-Metzner-Sachs剩余对称群。对于二次阶，在质量-四极相互作用的情况下，我们确定了引力波尾在NU度规中的贡献，并证明了度规的半径展开对所有阶都是正则的.质量和角动量方面，以及邦迪剪切，从公制读出。它们由包括尾项的辐射四极矩给出。
2021-02-04 gr-qc hep-th
Gravitational Multipole Renormalization
本文计算引力辐射在静态曲率背景上散射的尾巴及尾巴之尾效应至牛顿常数二阶，发现并重整化紫外发散，首次给出一般磁多极的对数项。
2025-05-23 gr-qc hep-th
Multipole moments of bumpy black holes
广义相对论预言了黑洞的存在，黑洞是一种紧凑的物体，其时空只取决于它们在真空中的质量、自旋和电荷（“无毛”定理）。随着各种观测对黑洞候选者的强场进行更深入的探索，验证这一预测正变得可能。以前的工作建议，这样的测试可以通过测量黑洞候选者的多极结构是否具有广义相对论要求的形式来进行，并引入了一个家庭的“颠簸黑洞“时空用于进行这些测量。这些时空具有广义多极，其中与克尔度规的偏差取决于时空的“凹凸”。在本文中，我们展示了如何计算颠簸黑洞的Geroch-Hansen矩，证明了在颠簸黑洞形式主义和Geroch-Hansen矩之间使用的偏差之间存在清晰的映射。我们还扩展了我们以前的结果，定义颠簸的黑洞的{ \it电流}的时刻，类似于电动力学的磁矩，偏离正则克尔值。
2010-10-12 astro-ph.CO gr-qc
Electromagnetic Multipoles for Morris-Thorne Wormhole
本研究针对Morris-Thorne可穿越虫洞，采用微分形式技术推导其波动方程，得到特定红移与形状函数下的解，计算势函数分析电磁场，探究电磁多极子在虫洞喉道的行为。
2023-08-25 gr-qc math-ph math.MP
