Science with the space-based interferometer eLISA. II: Gravitational waves from cosmological phase transitions
我们研究了eLISA天基干涉仪探测强一阶宇宙学相变产生的随机引力波背景的潜力。我们讨论了气泡碰撞，磁流体动力学湍流和声波的随机背景的贡献，并估计总相应的信号预测在引力波。eLISA宇宙学相变的预计灵敏度计算在一个模型独立的方式为各种探测器的设计和配置。通过将这些结果应用于几个特定的模型，我们表明，eLISA是能够探测许多动机良好的情况下，超出粒子物理标准模型预测强一阶宇宙相变在早期宇宙。
2016-04-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves as a probe of dark matter mini-spikes
最近的研究表明，中等质量黑洞（IMBH）可能会发展出暗物质（DM）的小晕。我们考虑一个双星系统组成的IMBH周围的DM迷你穗和恒星质量的对象围绕IMBH的轨道。由于DM微型尖峰的引力和动力学摩擦以及其引力波（GW）辐射的反反应，该双星系统可以通过未来的星载GW实验（如eLISA/NGO）进行检测。我们考虑一个单一的幂律模型的DM迷你尖峰，这是假设由非湮灭DM粒子，并证明了一个eLISA/NGO检测GW从这样的二进制使我们能够非常准确地测量DM迷你尖峰参数。例如，在我们最初由Zhao和Silk（2005）以及Bertone等人（2005）提出的参考案例中，我们可以确定DM微尖峰径向轮廓的幂律指数$α$，对于信噪比为10的GW信号，假设使用eLISA进行了5年的观测，1 $σ$相对误差为$\pm 5\times 10^{-6}$。我们还调查如何准确的DM参数可以确定各种DM参数和质量的IMBH恒星质量物体二进制包围DM迷你尖峰。我们发现，我们可以确定的幂律指数$α$在10%的水平，即使是稍微平坦的径向分布的$α\sim 1.7$。
2014-08-15 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Science with the space-based interferometer eLISA. III: Probing the expansion of the Universe using gravitational wave standard sirens
我们调查的各种配置的空间干涉仪eLISA探测宇宙的晚时间背景膨胀使用引力波标准警报器的能力。我们模拟目录的标准警报组成的大规模黑洞双星的引力辐射是可检测的eLISA，并有可能产生一个电磁对应观测未来的调查。识别对应物的主要问题在于使用eLISA获得足够准确的天空定位的能力。这严重挑战了四连杆（2臂）配置的能力，成功地约束宇宙学参数。相反，六连杆（3臂）的配置有可能提供一个测试宇宙膨胀到$z\sim 8$，这是补充其他宇宙学探测电磁观测的基础上。特别是，在最有利的情况下，它们可以在0.5%的水平上对$H_0$提供显著的限制。此外，可以将$(Ω_M, Ω_Λ)$限制到与当前SNIa结果竞争的水平。另一方面，由于在低红移处缺乏大质量黑洞双星标准警报，只能将暗能量限制在百分之几的水平。
2017-03-08 astro-ph.CO 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
Massive Black Hole Science with eLISA
不断发展的激光干涉仪空间天线（eLISA）将彻底改变我们对大质量黑洞形成和演化的理解，通过探测$10^3-10^7$太阳质量范围内的大质量黑洞双星，以红移$z\gtrsim 10$。每年对$\sim 10-100$双星合并的高信噪比探测将允许精确测量单个双星的参数（如它们的质量，自旋和光度距离），并深入了解潜在的宇宙大质量黑洞母体。这种前所未有的信息财富可以导致物理学许多领域的突破，包括天体物理学，宇宙学和基础物理学。我们回顾了该领域的现状，最近的进展和未来的挑战。
2015-01-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The role of the supermassive black hole spin in the estimation of the EMRI event rate
一个共同的结果，所有的EMRI调查的速度是，一个紧凑的对象合并的可能性，MBH后，只有一个强烈的爆发的GW是更有可能比一个缓慢的绝热螺旋，一个EMRI。后者被称为“俯冲”，因为紧凑的物体潜入MBH。骤降的事件发生率比缓慢吸气的事件发生率大几个数量级。另一方面，自然MBH最有可能是克尔，并且自旋的幅度已经被测量得很高。我们计算了一个紧凑的对象设置到一个极端的径向轨道上经过的近心点通道的数量，然后我们将其转化为一个类似于LISA的天文台的事件率，如拟议中的欧空局任务eLISA/NGO。我们证明，一个“暴跌”紧凑的对象是概念上无法区分的绝热，缓慢的inspiral，暴跌平均花费高达数十万个周期的带宽检测器两年的任务。这对事件发生率有重要影响，在某些情况下会显著增加，这取决于MBH的旋转和倾角。此外，最近已经证明，低偏心率EMRI的产生被轨道角动量变化发生的速率的阻塞所严重阻塞。这是相对论性旋进作用于恒星位矩的结果，因此影响了在距离MBH约$\sim 10^{-2}$ pc处通过共振弛豫产生的EMRI。由于高偏心率EMRI是两体弛豫的结果，因此它们不受这种现象的影响。因此，我们预测eLISA EMRI事件率将主要由高偏心率的二进制文件，因为我们在这里。
2012-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Origin and Implications of high eccentricities in massive black hole binaries at sub-pc scales
本文概述了星系合并过程中形成的亚秒差距大质量黑洞双星的偏心率演化。在恒星和气体环境中，MBHB在进入引力波（GW）观测领域之前，预计会增长较大的轨道偏心率。我们重新访问预测的偏心率检测的空间激光干涉仪（作为拟议的ELISA/NGO）的两种环境。接近聚结时，许多MBHB仍将保持可检测的离心率，范围从<10^{-5}到<~ 0.5。恒星和气体驱动的动力学导致不同的分布，后者有利于更大的偏心率。在较大的二元分离，当发射的GWs将被观测到脉冲星定时阵列（PTA），预期的偏心率通常是相当大的，在0.01-0.7的范围内，这对信号建模和检测算法提出了一个重要的问题。在这个窗口中，大偏心率也有建议的电磁对应的GW信号，我们简要回顾的影响。
2011-11-16 astro-ph.CO gr-qc
The non-integrability of the Zipoy-Voorhees metric
像eLISA/NGO这样的低频引力波探测器将使我们有机会测试位于星系中心的超大质量致密天体是否确实是克尔黑洞。进行这种测试的一种方法是将引力波信号与受扰动的黑洞时空（即所谓的颠簸黑洞时空）的模板进行比较。Zipoy-Voorhees（ZV）时空（也被称为$γ$时空）可以被包括在颠簸的黑洞家族中，因为它可以被认为是史瓦西时空背景的扰动。有几位作者提出ZV度规对应于一个可积系统。与这个可积性猜想相反，本文通过数值例子表明，ZV一般属于非可积系统族。
2012-07-12 gr-qc
The evolution of massive black holes and their spins in their galactic hosts
[摘要] [.]我们研究质量和自旋的大规模黑洞的演化在半分析的星系形成模型，遵循沿合并树的暗物质晕的演变，以及重子组件（热气体，恒星和气体凸起，恒星和气体星系盘）。这使我们能够研究质量和自旋演化的大规模黑洞在一个自洽的方式，考虑到气体存在于星系核的吸积阶段和合并过程中的影响。此外，我们提出的预测，作为一个函数的红移，为一部分的气体丰富的黑洞合并-其中合并前的自旋对齐由于所施加的环双星盘的重力-磁力矩-而不是气体贫乏的合并，其中合并前的自旋方向大致各向同性。这些预测可以通过LISA或类似的空间引力波探测器（如eLISA/NGO或SGO）进行测试。
2014-04-16 astro-ph.CO gr-qc
A new probe of dark matter properties: gravitational waves from an intermediate mass black hole embedded in a dark matter mini-spike
中等质量黑洞（IMBH）周围可能有一个暗物质（DM）迷你晕，并在距离IMBH不到一秒差距的范围内发展出一个尖刺状结构。当一个恒星质量的物体被小晕捕获时，由于引力波的反作用，它最终会落入这样的IMBH中，而这反过来又可以通过未来的星载引力波实验（如eLISA/NGO）直接观察到。在本文中，我们表明，GW的可探测性强烈依赖于DM分布的径向轮廓。因此，如果检测到GW，则将非常准确地确定功率指标，即DM密度分布。获得的DM密度分布将清楚地表明IMBH是如何从种子BH演变而来的，以及IMBH过去是否经历过重大合并。与DM湮灭的伽马射线观测不同，GW仅对DM分布的径向轮廓敏感，甚至对非相互作用DM敏感。因此，我们在这里证明的效果可以作为一个新的和强大的探测DM属性。
2013-05-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Space-borne Gravitational Wave Observatories
本文介绍了星载引力波观测站的进展及其可预见的科学潜力。特别是，该文件描述了名为eLISA的LISA类任务的状况，这是欧空局为其大型任务L3采用的引力宇宙主题的参考任务，以及定于2015年发射的其前身LISA探路者的状况。
2014-04-11 astro-ph.IM gr-qc
Descope of the ALIA mission
目前的工作报告是关于中国科学院委托进行的可行性研究，该研究的目的是探索在空间探测引力波的各种可能的飞行任务选择，以替代eLISA/LISA飞行任务概念。根据分配给科学和技术的可行性的相对优点，一些代表性的任务选项，从ALIA任务的descoped被认为是。利用半解析蒙特卡罗模拟研究了从中等质量高红移黑洞开始的宇宙黑洞合并历史，以及在探测光种子黑洞及其与早期宇宙星系的共同演化过程中所考虑的任务方案的科学价值.该研究表明，通过选择干涉仪的臂长为300万公里，并将灵敏度下限移至百分之一Hz左右，以及对位置噪声预算的非常适度的改善，有某些任务选项能够探索光种子，中等质量的黑洞二进制在高红移，不容易获得eLISA/LISA，然而，中国在未来几十年内似乎可以达到这些技术要求。
2014-11-28 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
ASTROD-GW: Overview and Progress
本文概述了ASTROD-GW（ASTROD [使用光学设备进行相对论的天体动力学空间测试]，用于引力波[GW]探测）任务概念及其研究。ASTROD-GW是对ASTROD的优化，侧重于低频引力波探测。与NGO/eLISA（LISA）相比，检测灵敏度向更长波长偏移260（52）倍。该飞行任务由三个航天器组成，每个航天器的轨道都靠近太阳-地球拉格朗日点之一（L3、L4和L5），因此阵列几乎形成等边三角形。这3个航天器的范围相互干涉，臂长约2.6亿公里。轨道经过优化后，臂长变化小于0.00015天文单位，20年内小于10^（-4），三个航天器的相对多普勒速度小于3 m/s。本文综述了该任务的科学目标、灵敏度谱、基本轨道构型、航天器轨道的模拟和优化、ASTROD-GW编队的部署、TDI（时间延迟干涉测量）和有效载荷。科学目标是探测来自以下方面的引力波：（一）超大质量黑洞;（二）极端质量比黑洞螺旋;（三）中等质量黑洞;（四）银河系致密双星和（五）遗迹引力波背景。为了进行原始GW探测，需要六个航天器编队，以便能够对随机GW进行相关探测。最后对六个航天器的轨道优化问题进行了简要的讨论。
2012-12-16 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Gravitational Waves from a Particle in Circular Orbits around a Rotating Black Hole to the 11th Post-Newtonian Order
本文计算了质量为$\m$的粒子在围绕质量为$M$的旋转黑洞的圆形轨道上辐射的引力波的能流，其能流达到后牛顿11阶（11 PN），即$v^{22}$超过领先的牛顿近似，其中$v$是粒子的轨道速度。通过将PN能流近似结果与黑洞微扰理论的高精度数值结果进行比较，发现PN近似的有效范围随着PN阶数的增加而变大。如果要求PN近似中能通量的相对误差小于$10^{-5}$，则11 PN（4PN）处的能通量可用于$v\lessapprox 0.33$（$v\lessapprox 0.13$）。如果对11 PN处的能通量应用再确认方法，则有效区域可进一步扩展到$v\lessapprox 0.4$。然后，我们比较的轨道相位在两年inspiral从PN的结果与高精度的数值计算结果。我们发现，对于晚（早）的吸气时，$q\le 0.3$（$q\le 0.9$），其中$q$是无量纲自旋参数的黑洞，在相位差小于1（$10^{-4}$）拉德，因此这些吸气可以检测到的空间探测器，如eLISA/NGO的PN模板的数据分析。我们还计算了在22.5PN时，一个粒子在围绕一个非旋转黑洞的圆形轨道上辐射到事件视界的能流，即超越牛顿近似的PDMATHAMY，这与我们以前的工作中导出的PN阶的能流到无穷大。
2015-03-26 gr-qc
Orbit optimization and time delay interferometry for inclined ASTROD-GW formation with half-year precession-period
ASTROD-GW（ASTROD [使用光学装置进行相对论天体动力学空间测试]，针对引力波探测进行了优化）是一项引力波飞行任务，目的是探测来自大质量黑洞、极端质量比螺旋星系和银河系致密双星的引力波，同时测试相对论引力并探测暗能量和宇宙学。三个航天器组成一个近似等边三角形阵列，任务轨道选择在日地拉格朗日点L3、L4和L5附近。这三个航天器的范围干涉彼此的臂长约2.6亿公里。对于260倍的臂长，ASTROD-GW的检测灵敏度是260倍，在较低的频率区域，通过假设相同的加速度噪声比eLISA/NGO。因此，ASTROD-GW将是一个更好的宇宙学探测器。在以前的论文中，我们已经计算出了黄道层的时间延迟干涉术（TDI）。为了解决震源定位中关于黄道面反射的模糊性，我们将基本地层改为岁差周期为半年的微倾斜地层。本文利用星历框架对一组从2035年6月21日开始的10年倾斜ASTROD-GW任务轨道进行了数值优化，包括倾角为0°（无倾角）、0.5°、1.0°、1.5°、2.0°、2.5°和3.0°的情况。我们模拟的时间延迟的第一代和第二代TDI配置为不同的倾角，并比较/分析的数值结果，以达到所需的灵敏度ASTROD-GW抑制激光频率噪声低于二次噪声。为了说明不同倾角情况下的计算过程，我们以1.0°为例进行了轨道优化和TDI仿真。
2014-09-15 astro-ph.IM gr-qc
