Perturbative, Post-Newtonian, and General Relativistic Dynamics of Black Hole Binaries
在广义相对论中，可以使用各种近似方案和数值方法来研究吸入和合并的黑洞双星的轨道运动：后牛顿展开，黑洞微扰理论，数值相对论和有效单体形式主义。我们回顾了两个最近的比较，从这些不同的技术的预测。这两个比较依赖于一个坐标不变关系的计算，在非旋转的双黑洞的准圆形轨道的情况下。所有的方法都显示同意非常好，在其共同的域的有效性。
2011-09-30 gr-qc
The search for black hole binaries using a genetic algorithm
在这项工作中，我们使用遗传算法搜索的引力波信号的大质量黑洞双星的螺旋在模拟的LISA数据。我们考虑高斯仪器噪声中的单个信号。这是为第三轮模拟LISA数据挑战分析做准备的第一步。我们已经扩展了遗传算法，利用信号和检测器响应函数的属性。该方法的性能与现有算法相当，如果不是更好的话。
2009-08-25 gr-qc
Dynamical shift condition for unequal mass black hole binaries
某些用于双黑洞演化的数值框架利用伽马驱动器，其包括阻尼因子。这种模拟通常使用恒定值进行阻尼。然而，已经发现，非常具体的阻尼因子的值是需要计算不等质量的双星。我们仔细研究的作用，这种阻尼发挥，并提供两个明确的，非常数形式的阻尼使用的质量比进一步从1。我们对所得波形的分析与恒定阻尼情况相比很好。
2010-03-24 gr-qc
Low Frequency Gravitational Waves from Black Hole MACHO Binaries
Nakamura、Sasaki、Tanaka和Thorne最近估计了星系晕中MACHO双星的初始分布，假设MACHO是原始的半个太阳质量的黑洞，并认为它们的合并是地基干涉仪引力波探测器（如LIGO）的可能来源。将它们的双星分布随时间向前演化到现在，计算了与这样一个致密双星群体相关的引力波的低频（10^{-5} < f < 10^{-1} Hz）谱。由此产生的引力波将在拟议中的空间干涉仪（如LISA和OMEGA）中形成强烈的随机背景。低频引力波很可能成为确定暗双星中双星性质的关键工具。
1998-09-03 gr-qc
2.5PN kick from black-hole binaries in circular orbit: Nonspinning case
利用多极后Minskowskian形式，我们计算了无自旋圆轨道黑洞双星的线性动量通量。总的线性动量通量包含各种类型的瞬时（这是延迟时间的函数）和遗传（这取决于在过去的二进制的动态）的条款，这两个都是解析计算。除了螺旋的贡献，我们使用一个简单的模型的暴跌计算反冲或反冲积累在这一阶段。
2013-04-22 gr-qc
Black-hole binaries and waveforms in Quadratic Gravity
研究通过首批 Quadratic Gravity 数值相对论模拟，考察阈值质量黑洞双星在旋近早期由 Kerr 分支转向非 Kerr 分支，并揭示其波形在全阶段偏离广义相对论。
2025-03-17 gr-qc
An improved analytical description of inspiralling and coalescing black-hole binaries
我们提出了一个分析的形式主义，在连续的一体化框架内，预测引力波信号的吸入和合并黑洞二进制同意，在数值误差范围内，与目前最准确的数值相对论模拟的结果为几个不同的质量比。在等质量的情况下，我们的形式主义预测的引力波能流与最精确的数值相对论能流在数值误差范围内一致。我们认为，我们的形式主义打开了一个现实的可能性，构建一个足够准确的，大银行的引力波模板，需要检测和数据分析（非旋转）合并的二元黑洞。
2009-03-19 gr-qc
LISA observations of massive black holes binaries using post-Newtonian wave-forms
我们考虑大质量黑洞双星系统在圆形轨道和可忽略的自旋发出的螺旋信号的LISA观测。我们研究的准确性，源参数可以从数据流中提取。我们表明，使用保留后牛顿修正的波形不仅相位，而且幅度可以大大提高一些参数的估计。
2000-05-16 gr-qc
Spin-Precessing Black Hole Binaries in Dynamical Chern-Simons Gravity
自旋旋进双星的引力波表现出振幅振荡，这为提取吸入的致密天体的自旋提供了一种宝贵的方法。导致这种效应的自旋-自旋和自旋-轨道相互作用对引力的基本性质很敏感，这将使我们能够利用进动双星的引力波观测来约束修正的引力理论。在这里，我们考虑进动黑洞二进制动力学陈-西蒙斯引力，一个有效的引力理论，增强宇称违反相互作用。我们利用有效场论将黑洞模型化为修正的点粒子，并在后牛顿形式下导出了双星系统的自旋进动方程。我们发现，由于两个黑洞的标量偶极与修正的黑洞四极之间的相互作用违反了无毛定理，广义相对论中的自旋-自旋相互作用和四极-自旋相互作用被修正了.这些修改进入领先的后牛顿秩序的岁差方程。我们进一步指出，在忽略辐射反应时，这些旋进方程允许7个运动常数，只有质量加权的有效自旋是从广义相对论修正而来的.我们将讨论如何使用这些可以减少岁差方程的正交和构造分析傅立叶域波形的可能性通用自旋进动二进制dCS重力。
2018-10-02 gr-qc
Asymptotically Matched Spacetime Metric for Non-Precessing, Spinning Black Hole Binaries
我们构建了一个封闭的形式，完全解析的4-度规，近似代表了时空演化的非进动，旋转黑洞二进制从无限分离到几个轨道之前合并。我们采用渐近匹配的技术，将每个自旋黑洞附近的扰动克尔度规连接到更远的近区后牛顿度规。后者已经自然地匹配到远区，后闵可夫斯基度量，占全部时间延迟。其结果是一个4-度量，它在空间和一小丛空间超曲面中近似处处有效。我们在这里限制我们的注意力准圆轨道，但该方法是有效的任何轨道运动或物理场景，提供一个重叠区域的有效性或缓冲区存在。这样一个度量的一个简单的扩展将允许未来的研究吸积盘和喷流动力学周围的旋转回洞双星。
2012-08-31 gr-qc
Gravitational wave background from coalescence of black hole binaries population
这篇论文已经被作者撤回，因为它有重大修改。
2011-10-14 astro-ph.CO gr-qc
Coalescence of black hole--neutron star binaries
本文综述了黑洞-中子星双星并合的广义相对论研究现状。首先，综述了准平衡圆轨道黑洞-中子星双星的高精度计算，重点讨论了准平衡序列和质量脱落极限。其次，介绍了黑洞-中子星双星并合的数值相对论模拟的现状。我们总结了我们对合并过程，潮汐破裂及其判据，合并残余物和喷出物质的性质，引力波形和引力波谱的理解。我们还讨论了黑洞的电磁对应物--中子星合并。
2021-10-12 astro-ph.HE gr-qc
Low frequency gravitational waves from black hole MACHO binaries
研究了黑洞双星低频引力波的强度。首先我们估计了银河系晕中黑洞双星产生的引力波背景以及河外黑洞双星产生的宇宙学引力波背景。结果表明，除非假设晕的极端模型，否则由黑洞双星产生的宇宙引力波背景大于晕背景，而当白矮星的实际空间密度最大时，由$ν_{gw} \siml 10^{-2.5}$ Hz的近距离白矮星双星产生的宇宙引力波背景小于晕背景.这种黑洞双星的宇宙学背景远低于脉冲星定时、类星体自行等观测条件的限制，我们发现LISA一年的观测将能够探测到至少几百个附近独立黑洞双星的引力波，它们的振幅超过这些背景。这表明LISA将能够与LIGO-VIRGO-TAMA-GEO网络的结果一起确定原始黑洞MACHO的各种性质。此外，由于LISA可以确定由黑洞双星组成的各个源的位置和距离，因此有可能绘制出我们的晕的质量分布图。因此，LISA可能会开辟引力波天文学的新领域。
1999-10-19 astro-ph gr-qc
Not all spins of black-hole binaries formed in clusters are isotropic and not all spins of black-hole binaries formed in isolation are aligned
Universitá degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）
本文挑战了黑洞双星形成通道的自旋方向标准预期，提出了解析模型描述星团动力学形成与孤立形成的自旋分布，并考虑了并合后随机化及超新星踢速度的影响。
2026-09-29 astro-ph.HE gr-qc
Pulsar timing array signals induced by black hole binaries in relativistic eccentric orbits
非圆轨道上的单个超大质量黑洞双星可能是快速成熟的脉冲星定时阵列实验的纳赫兹引力波源。我们发展了一种精确有效的方法来计算脉冲星定时阵列信号，由于引力波从吸入相对论偏心轨道的超大质量黑洞双星。我们的方法采用开普勒型参数解模型的第三后牛顿精确进动偏心轨道，而一个新的半解析处方提供了模型的四极阶引力波发射的影响。这些输入导致一个半解析的处方来模拟这样的信号，引起的非自旋黑洞二进制沿任意偏心率轨道螺旋。此外，我们提供了一个完整的分析处方模型脉冲星定时阵列信号从黑洞二进制沿适度偏心轨道吸气，Boetzelet等人的影响。[Phys. Rev. D 96，044011（2017）]。这些方法正在被纳入企业和TEMPO 2搜索脉冲星定时阵列数据集中存在这样的二进制文件。
2020-02-26 astro-ph.GA gr-qc
Self-lensing flares from black hole binaries II: observing black hole shadows via light-curve tomography
超大质量黑洞（BH）双星被认为是产生自透镜耀斑（SLF）时，两个黑洞对准视线。如果观测到双星轨道几乎是从侧面，我们会发现一个明显的特征，那就是由透镜黑洞的黑洞阴影所留下的光变曲线。我们研究这个功能的光线跟踪在一个二进制模型，并预测，1\%的当前的二进制候选人可以显示此功能。我们的BH层析成像方法，这里提出可以提取BH阴影，是空间上无法分辨的高分辨率VLBI。
2021-12-27 astro-ph.HE 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
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
Prospects for Detection of Extragalactic Stellar Black Hole Binaries in the Nearby Universe
恒星质量的黑洞双星的质量在10-80个太阳质量之间。这些系统可以发射引力波，其频率在兆秒差距距离处可由天基引力波观测站检测到。在以前的研究中，我们确定了观察这些系统与探测器类似的激光干涉仪空间天线的选择效果，通过使用生成的人口的二元黑洞，覆盖了一个合理的参数空间，并计算其信噪比。我们进一步我们的研究，在我们附近的星系（小于30 Mpc）的宇宙与二进制黑洞系统绘制从合成宇宙中发现的分布，最终调查可能的事件率可检测的双星星系在附近的宇宙。
2014-10-05 astro-ph.GA gr-qc
Strong Gravitational Lensing and Localization of Merging Massive Black Hole Binaries with LISA
我们研究了如何提高合并的大质量黑洞双星的LISA的角分辨率，如果我们观察到多个引力波“图像”，由于强引力透镜。通过第二图像的附加信息降低了拟合参数之间的相关性，这显著地减少了天空上的误差框。这一改进将对双星的主星系的识别非常有帮助。文中还讨论了多探测器的角分辨率。
2003-11-04 astro-ph gr-qc
Spinning Black Binaries in de Sitter space
本文在正宇宙学常数广义相对论中构造同向与反向自旋的稳态旋转黑洞双星，揭示无物质理论的连续非唯一性，并为双星并合提供初始数据。
2024-06-14 gr-qc hep-th
Self-lensing flares from black hole binaries I: general-relativistic ray tracing of black hole binaries
大质量黑洞双星（MBHB）的自透镜效应，发生在两个黑洞靠近视线对齐时，预计会产生周期性的短时间耀斑。在这里，我们研究的形状自透镜耀斑（SLF）通过广义相对论射线追踪叠加的二进制BH度规，其中的发射产生的几何薄吸积流周围的每个组件。这套模型包括偏心双星轨道、黑洞自旋、不等质量双星和不同的发射模型几何。我们探索了上述参数空间，并报告了光变曲线如何作为以下参数的函数而变化：双星分离、倾角和偏心率。我们还比较了我们的光变曲线的微透镜近似，并显示如何强大的偏转，以及时间延迟效应，改变的大小和形状的SLF。如果LISA观测到来自吸入MBHB的引力波（GW），SLF可以帮助安全地识别源并将其定位在天空中，并通过比较SLF和GW的相位来限制引力子质量。此外，当从侧面观察这些系统时，SLF显示出与BH阴影大小直接相关的明显下降。这开辟了一种新的方法来测量BH阴影的大小，是目前VLBI设施无法解决的系统。
2021-12-27 astro-ph.HE gr-qc
Initial data for black hole-neutron star binaries: a flexible, high-accuracy spectral method
提出了一种新的数值方法来求解黑洞-中子星双星系统的初值问题。该方法利用了初始数据的多域谱表示的灵活性和快速收敛性，以相对较低的计算成本构建高精度的解决方案。我们提供的方法的收敛性测试孤立中子星和无旋双星。在第二种情况下，我们表明，我们可以解决小的不一致，是准平衡制定的一部分，这些不一致是显着小于在以前的作品中观察到的。产生各种各样的初始数据的可能性也表明，通过两个新的配置的启发，从二进制黑洞的结果。首先，我们表明，选择一个修改后的克尔-Schild共形度规，而不是一个平坦的共形度规允许建设的准平衡双星与旋转黑洞。其次，我们在低偏心率轨道上构造双星，这比准平衡系统更接近天体物理学双星。
2008-06-30 astro-ph gr-qc
Reducing orbital eccentricity in initial data of black hole--neutron star binaries in the puncture framework
本文发展了一种在穿刺框架下计算黑洞-中子星双星低偏心率初始数据的方法，扩展了前人对其它类型致密双星的研究。除了调整双星的轨道角速度外，还通过修改用于推导流体静止平衡方程的螺旋Killing矢量来引入中子星的接近速度。接近速度的黑洞，然后诱导通过要求消失的总线性动量的系统，不同的情况下，二元黑洞的穿刺框架中的每个黑洞的线性动量是明确规定的。我们成功地降低轨道偏心率~0.001通过修改参数迭代使用模拟的~3轨道的非旋进和旋进的配置。我们发现，在切除框架中导出的双黑洞的经验公式不减少轨道偏心率~0.001黑洞-中子星双星的穿刺框架中，虽然他们的工作的双中子星。
2021-01-06 astro-ph.HE gr-qc
Golden galactic binaries for LISA: mass-transferring white dwarf black hole binaries
用半解析模型研究了白矮星-黑洞吸积双星的演化和引力波发射。这些系统将在兆赫引力波频带上发展，并有可能被激光干涉仪空间天线（LISA）探测到。我们确定了新的普遍关系，这类双星，其中涉及的组件质量的引力波频率和它的一阶导数。结合LISA可能的高精度测量，这些关系可以让我们推断源的组件质量和光度距离。因此，LISA有可能检测和表征一个几乎未开发的二元人口。
2020-10-20 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
Resonant Trapping of Stars by Merging Massive Black Hole Binaries
一个巨大的黑洞双星可能会共振地捕获一颗恒星（例如白矮星），其潮汐破裂释放的气体可能会在双星合并的周围发出电磁波信号。利用包含引力辐射反应的后牛顿运动方程，数值研究了质量比为1/100的黑洞双星的共振俘获。研究发现，双星的2：1（同时4：2）平均运动共振会很强，原则上可以将小的第三个天体拉入相对论范围（例如~10史瓦西半径）。被困物体的倾角可能会显著增加，在某些情况下，最终可能会实现逆行轨道。
2011-05-10 astro-ph.CO gr-qc
Attempt to explain black hole spin in X-ray binaries with new physics
人们普遍认为，X射线双星中黑洞的自旋主要是本征自旋。由吸积引起的显著加速旋转是不可能的。如果伴星的质量较低，即使黑洞吞噬了整个伴星，黑洞的自旋也不会发生太大的变化。如果次级黑洞的质量很大，它的寿命就太短了，无法传输必要数量的物质并使黑洞旋转起来。然而，虽然由太阳金属量的大质量恒星坍缩形成的黑洞预计具有低的出生自旋，但目前的自旋测量表明，X射线双星中的一些黑洞旋转非常迅速。在这里，我表明，如果这些物体不是广义相对论的克尔黑洞，少量物质（$\sim 2$ ~ $M_\odot$）的吸积可以使它们看起来像非常快速旋转的克尔黑洞。这种可能性与任何观察都不矛盾，它可以用一种非常简单的方式解释当前的自旋测量。
2014-12-16 astro-ph.HE gr-qc
Detectability of Primordial Black Hole Binaries at High Redshift
我们证明了在高红移的原始黑洞（PBH）双星中可以探测到引力波信号。红移偏置和更多的高红移PBH双星增强了PBH双星的可探测性。PBH的初始聚类也被包括在内，并提高了PBH在高红移处的有效检测质量范围。未来利用LISA和SKA等空间探测器对高红移引力波的观测可以对多光子带隙在暗物质中的比例以及多光子带隙的初始分布进行约束。
2021-08-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Global Analysis of LISA Data with Galactic Binaries and Massive Black Hole Binaries
提出一种高性能全局拟合流水线，用于从LISA数据中提取银河系双星与大质量黑洞双星信号并估计残差噪声，通过为期一年的每周演化分析验证了其探测能力的提升，并开发了基于最大似然估计的多信号提取算法及高精度响应验证。
2024-06-03 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
What we can learn from multi-band observations of black hole binaries
LIGO/Virgo引力波（GW）干涉仪迄今已探测到10个合并的黑洞（BH）双星，其中一些质量比预期大得多。处于观测质量范围高端的恒星质量BH双星（具有“啁啾质量”${\cal M} \gtrsim 25 M_{\odot}$）应该在这些双星被地面GW探测器发现之前数年就可以被空间GW观测站探测到。本白皮书讨论了当空间和地面上的仪器观测到相同的双星时所产生的一些协同效应。我们考虑中等质量的黑洞双星（总质量$M \sim 10^2 -10^4 M_{\odot}$）以及恒星质量的黑洞双星。我们说明如何结合空间和地面的数据集可以打破简并，从而提高我们的理解二进制的物理参数。虽然早期的工作主要集中在天基观测站如何准确预测何时在地面上观察到一些合并，但反过来也很重要：陆基探测将使我们能够“更深入地挖掘”存档的天基数据，以自信地识别信噪比最初低于阈值的黑洞螺旋，从而使在两个波段中观察到的双星数量增加$\sim 4 - 7$。
2019-03-10 astro-ph.HE gr-qc
The Bardeen-Petterson effect, disk breaking, and the spin orientations of supermassive black-hole binaries
超大质量黑洞双星的合并是由动力学摩擦、单个恒星的损失锥散射、盘迁移和引力波发射驱动的。预计有两种主要的形成情况。在缺乏气体的星系环境中形成的双星不会经历盘迁移，并且可能进入具有大致各向同性自旋方向的引力波主导阶段。相比之下，在富含气体的星系环境中演化的双星可能会经历显著的盘吸积阶段，其中Bardeen-Petterson效应使黑洞的自旋与盘的轨道角动量对齐。然而，如果吸积盘破坏了对齐，则预期对齐将被强烈抑制--这是最近显示在参数空间的大部分中发生的现象。本文首次建立了一个考虑盘破裂影响的超大质量黑洞双星气体驱动迁移和自旋排列的半解析模型。我们的模型预测不同的二进制亚群的发生取决于自旋对齐的效率。这意味着未来对合并黑洞的引力波观测可能被用于（i）区分富气和贫气宿主，以及（ii）限制扭曲的吸积盘的动力学。
2023-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Catching Super Massive Black Hole Binaries Without a Net
来自合并中的超大质量黑洞双星的引力波信号是激光干涉仪空间天线（LISA）的主要目标。利用最佳的数据处理技术，LISA天文台应该能够探测到宇宙中任何地方的黑洞合并。我们面临的挑战是找到方法从仪器噪音和我们银河系中恒星质量双星的巨大前景中挖掘出信号。标准的匹配过滤程序在计算上可能是禁止的，特别是当黑洞旋转或质量比很大时。在这里，我们开发了一种替代方法的基础上大都会黑斯廷斯采样和模拟退火是数量级比网格搜索便宜。我们展示了我们的方法模拟LISA数据流，包含从二进制系统的史瓦西黑洞的信号，嵌入在仪器噪声和前景包含2600万银河双星。搜索算法能够准确地恢复9个参数，描述的黑洞二进制，而不必首先删除任何明亮的前景源，即使当黑洞系统具有低的信号噪声。
2006-08-09 astro-ph gr-qc
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
Distinguishing Primordial Black Holes from Astrophysical Black Holes by Einstein Telescope and Cosmic Explorer
研究利用下一代引力波探测器ET和CE，通过探测亚太阳质量黑洞及分析双星并合率红移演化，区分原初黑洞与天体物理黑洞，并给出丰度极限与事件率分布预测。
2020-08-13 astro-ph.CO gr-qc
Static Black Binaries in de Sitter
本文构造了广义相对论中具有正宇宙学常数的首个四维多黑洞解，通过宇宙膨胀平衡两黑洞间的引力，首次提供了无物质情况下四维非唯一性的示例。
2023-08-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Coincident morphological transitions in precessing black-hole binaries
本文系统研究了黑洞双星自旋进动中多个形态转变在同一进动周期内同时发生的特殊解，并通过解析映射与数值积分验证，揭示其对应极端自旋构型且具有引力波观测意义。
2025-08-27 astro-ph.HE gr-qc
No evidence that the majority of black holes in binaries have zero spin
用引力波观测到的并合黑洞的自旋性质可以提供有关这些系统起源的新信息。黑洞自旋的大小和方向提供了双星演化历史的记录，编码了关于大质量恒星演化和双星黑洞组装的天体物理环境的信息。最近对二进制黑洞人口的分析得出了相互矛盾的黑洞自旋分布的图像。一些工作表明，黑洞的自旋很小，但不为零，并表现出广泛的失准角相对于双星的轨道角动量。其他的研究得出结论，大多数黑洞是不旋转的，而其余的则是快速旋转的，并且主要与它们的轨道对齐。我们重新审视这些相互矛盾的结论，采用各种互补的方法来测量自旋幅度和取向的分布之间的二元黑洞合并。我们发现自旋消失的黑洞子群的存在并不是当前数据所要求的。如果存在这样一个子群，我们的结论是它必须包含二进制文件的$\lesssim 60\%$。此外，我们发现的证据显着的自旋轨道不一致的二元黑洞人口，与一些系统表现出的不一致角大于$90^{\circ}$，并没有看到一个近似自旋对齐的子人口的证据。
2022-10-03 astro-ph.HE gr-qc
Nonlinear wave equations for numerical relativity: towards the computation of gravitational wave forms of black hole binaries
LIGO/VIRGO引力波源的主要候选者是黑洞和致密双星中的中子星的螺旋。虽然致密双星演化的早期阶段可以通过后牛顿计算来计算，但预测其晚期阶段需要大规模的数值模拟。一个完全的协变和严格的双曲制定的数值相对论的描述，并说明在一维计算的Gowdy波的三环面。这个公式允许叶理在充分的一般性，特别是它不构成任何限制的失效函数。
1997-10-07 astro-ph gr-qc
Charged Static AdS Black Hole Binaries
本文首次构造了渐近AdS空间中爱因斯坦-麦克斯韦理论的双黑洞解，利用共形边界源产生的背景电场平衡黑洞间吸引力，并数值验证其满足黑洞力学第一定律。
2025-06-06 gr-qc hep-th
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
Gravitational Waves from Quasi-Circular Black Hole Binaries in Dynamical Chern-Simons Gravity
动力学陈-西蒙斯引力不能用目前的实验来强约束，因为它在弱场极限下归结为广义相对论。然而，这一理论引入了非线性动力学机制的修正，因此，它可能会受到来自黑洞双星后期螺旋的引力波的极大限制。我们完成了该理论中此类引力波的首次自洽计算。对于有利的自旋方向，先进的地面探测器可以将现有的太阳系约束改善6个数量级。
2020-01-02 astro-ph.CO gr-qc
Precessing supermassive black hole binaries and dark energy measurements with LISA
自旋引起的来自超大质量黑洞双星的引力波信号的岁差调制可以改善基于空间的引力波任务（如激光干涉仪空间天线（LISA））到源的光度距离的估计。我们研究了这如何影响LISA进行宇宙学研究的能力，特别是测量暗能量状态方程（EOS）参数$w$的能力。使用$Λ$ CDM宇宙学模型，我们表明，通过LISA的进动双星的观测，结合红移测量，可以提高$w$的测定到一个数量级的非进动的情况下，取决于质量，质量比和红移。
2009-09-15 astro-ph.CO gr-qc
Impact of LIGO-Virgo black hole binaries on gravitational wave background searches
我们研究了LIGO-Virgo目前探测的黑洞二元种群对未来寻找原始引力波背景的影响。我们估计的前景所产生的二进制使用观察到的事件率和一个简单的建模的黑洞人口。我们从前景中减去单独可分辨的二进制，并利用Fisher分析来推导幂律信号的灵敏度曲线，包括这些天体物理前景。即使在乐观的假设下，我们发现未来实验的范围也会严重缩小。
2023-02-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dynamics of stellar black holes in young star clusters with different metallicities - II. Black hole-black hole binaries
本文利用N体模拟方法研究了年轻星团中黑洞-黑洞（BH-BH）双星的形成和动力学演化。模拟包括金属依赖的配方恒星演化和恒星风，并已运行三个不同的金属丰度（Z = 0.01，0.1和1 Zsun）。根据最近的风质量损失和核心坍缩超新星的理论模型，我们假设恒星残骸的质量取决于祖星的金属丰度。我们发现BH-BH双星由于动力学交换而有效地形成：在我们的模拟中，我们发现BH-BH双星比双中子星双星多10倍。模拟的BH-BH双星在贫金属的YSC中形成得更早，因为贫金属的YSC比富金属的YSC中拥有更多的大质量黑洞（BH）。模拟的BH-BH双星具有非常大的啁啾质量（高达80 Msun），因为BH质量被假设取决于金属丰度，并且因为BH可以由于与恒星合并而增加质量。模拟的BH-BH双星的轨道周期跨度很大（10^-3- 10 ^7年），预计其中只有一小部分（0.3%）会在哈勃时间内合并。我们讨论了我们的模拟估计合并率和先进的处女座和LIGO的影响。
2014-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of Merging Stellar-Mass Black Hole Binaries by Gravitational Wave Emission in Active Galactic Nucleus Disks
该研究解析分析了活动星系核盘中恒星质量黑洞经引力波辐射形成并合双星的过程，发现多数双星在LVK频段内呈高度偏心并可被探测，且偏心率受速度、距离和频段影响。
2024-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Exploring the accelerating black holes from the observations of quasi-periodic oscillations in X-ray binaries
本文通过计算加速黑洞周围测试粒子的基本频率，结合共振模型和贝叶斯MCMC方法，分析多个X射线双星的QPO观测，发现无自旋对齐加速度证据，表明这些系统处于孤立环境。
2025-10-27 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Waves from Coalescing Black Hole MACHO Binaries
如果MACHO是质量约为0.5个太阳质量的黑洞，那么它们一定是在早期宇宙中温度约为1 GeV时形成的。我们估计，在这种情况下，在我们银河系的晕中，大约50千秒差距存在着大约5亿个黑洞双星，它们的合并时间与宇宙的年龄相当，因此合并率大约为每星系每年500次事件。这表明我们可以预期在15 Mpc内每年发生几次事件。来自这种合并黑洞MACHO的引力波可以被LIGO/VIRGO/TAMA/GEO网络中的第一代干涉仪检测到。因此，黑洞MACHO的存在可以在未来五年内通过引力波进行测试。
1997-08-07 astro-ph gr-qc
On the equal-mass limit of precessing black-hole binaries
我们利用多时间尺度技术分析了等质量进动黑洞双星的内旋动力学。轨道平均后牛顿演化方程在等质量极限下允许两个运动常数，即总自旋$S$和有效自旋$ξ$。这个特征使得整个动力学与一般的不等质量情况相比有质的不同，在一般的不等质量情况下，只有$ξ$是恒定的，而变量$S$参数化了进动动力学。对于固定的单个质量和自旋大小，等质量黑洞的内旋是唯一的特征由两个参数$(S,ξ)$：这两个数字完全决定了整个演化的辐射反应的影响。特别地，对于等质量双星，我们发现：（i）黑洞双星自旋形态在整个内旋中是恒定的;（ii）两个黑洞自旋绕总自旋的进动运动发生在比总自旋和轨道平面绕总角动量的进动更长的时间尺度上。
2017-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Amplification of superkicks in black-hole binaries through orbital eccentricity
我们提出了新的数值相对论模拟偏心合并黑洞与最初的反平行自旋躺在轨道平面（所谓的\emph{superkick}配置）。双星的偏心率使合并残余物的反冲力增加到$25\%$。能通量的增加是温和得多，因此这种反冲增强主要是由于在二元动力学的不对称性。我们的发现可能会对恒星质量黑洞在星团中的保留和星系宿主中的超大质量黑洞产生重要影响。
2020-01-23 astro-ph.HE gr-qc
Accurate Evolutions of Orbiting Black-Hole Binaries Without Excision
我们提出了一个新的算法，发展轨道黑洞双星，不需要切除或共转移位。我们的算法是基于一种新的技术来处理奇异穿刺保形因子。这个系统，基于爱因斯坦方程的BSSN公式，当使用一个“预塌缩”的初始失效时，在演化的开始是非奇异的，并且保持非奇异和稳定，只要为规范做出一个好的选择。作为一个测试案例，我们使用这种技术，充分发展轨道黑洞双星附近的最内稳定圆轨道（ISCO）制度。我们显示了波形的四阶收敛，并计算了从暴跌辐射的引力能和角动量。这些结果与Lazarus方法预测的结果非常一致。
2005-11-16 astro-ph gr-qc
Spinning-black-hole binaries: The orbital hang up
本文首次对高速旋转的黑洞双星系统的动力学进行了全非线性数值研究。我们从准圆轨道演化双星（从后牛顿理论推断），并发现黑洞双星的轨道运动的最后阶段深刻地影响其各自的自旋。为了清楚地显示它的影响，我们考虑两个质量相等的黑洞，它们各自的自旋参数为S/m^2=0.757，它们都与轨道角动量成直线或反直线（并与无自旋的情况进行比较），初始轨道周期为125 M。我们发现，对齐的情况完成了三个轨道，并且在反对齐的情况（完成了不到一个轨道）之后显着合并。前一种情况下的总辐射能量约为7%，而后一种情况下的总辐射能量仅为2%。最后的克尔洞残余物的旋转参数分别为a/M=0.89和a/M=0.44，这表明两个旋转的黑洞合并后不可能产生最大旋转的黑洞。
2006-07-28 astro-ph gr-qc
Secular evolution of compact binaries near massive black holes: gravitational wave sources and other exotica
星系核中的超大质量黑洞（SMBH）附近的环境包含大量的恒星和致密天体。其中一小部分可能是二进制的成员。在这里，我们讨论了恒星黑洞和中子星附近的双星的人口，并专注于长期的演变，由于SMBH的扰动。相对于SMBH轨道高度倾斜的双星受到长期Kozai过程的强烈影响，该过程周期性地改变它们的偏心率和倾角（Kozai周期）。在近心点的方法，在最高的偏心率在Kozai周期，引力波发射变得非常有效。在这种环境中，一些双星可以在比哈勃时间短得多的时间尺度上螺旋和合并，并且比不位于SMBH附近的类似双星短得多。因此，SMBH的封闭环境可以作为催化剂的螺旋和合并的双星，并强烈影响其轨道特性。这种紧凑的双星将被下一代的引力波探测器（例如先进的LIGO）探测为引力波（GW）源。大约0.5%的核合并双星将进入LIGO观测窗口，而在轨道上仍然非常偏心（e>~0.5）。因此，这种系统的有效引力波分析需要使用偏心模板。我们还发现，二进制非常接近MBH可以通过一个复杂的动态（非世俗）的演变，导致发射几个GW脉冲在短短几年（虽然这些可能是罕见的）。最后，我们注意到，形成密切的恒星双星，X射线双星及其合并的产品可能会引起类似的长期过程，结合潮汐摩擦，而不是GW排放的情况下，紧凑的对象二进制。
2012-07-26 astro-ph.GA gr-qc
