A binary tree approach to template placement for searches for gravitational waves from compact binary mergers
我们展示了一种新的几何方法快速模板放置搜索引力波的螺旋，合并和环缩的紧凑的双星。该方法是基于一个二叉树分解的模板银行参数空间成非重叠的超立方体。我们使用一个数值近似的信号重叠度量在每个超立方体的中心，以估计覆盖超立方体所需的模板的数量，并确定是否进一步分裂超立方体。只要给定立方体中的预期模板数量大于给定阈值，我们就根据度量沿其最长边分割立方体。当一个给定的超立方体中的模板的预期数量下降到这个阈值以下时，分裂停止，并将一个模板放置在超立方体的中心。使用这种方法，我们产生对准自旋模板银行覆盖的质量范围适合高级LIGO数据的搜索。对准自旋库需要约24 CPU小时，并产生200万个模板。在一般情况下，我们发现，其他方法，即随机放置，产生更严格的有界损失波形之间的匹配，与波形之间的最小匹配需要约两倍的模板与我们提出的算法。尽管我们注意到平均匹配更高，这将导致更高的检测效率。我们的主要动机是不严格减少模板的数量与此算法，而是要产生一个银行有用的几何性质的物理参数空间坐标。这些性质对于总体建模和参数估计是有用的。
2022-09-22 astro-ph.IM gr-qc
Black-hole ringdown analysis with inspiral-merger informed templates and limitations of classical spectroscopy
本文提出用完整 IMR 波形模型的并合后部分进行黑洞铃宕分析，在 GW150914 上获得无毛定理的决定性证据，并揭示经典光谱学在强无毛测试中的局限性及 QNM 非正交性导致的模型依赖问题。
2025-09-22 gr-qc
Designing a template bank to observe compact binary coalescences in Advanced LIGO's second observing run
我们描述的方法和新技术用于构建一组波形，或模板银行，适用于搜索紧凑的二元聚结在先进的LIGO的第二次观测运行。该模板库适用于观测由两个中子星、两个黑洞或一个中子星和一个黑洞组成的系统。后牛顿公式用于模拟总质量小于4 $M_{\odot}$的波形，最新的有效单体模型，校准到数值相关性，包括合并和振铃，用于总质量大于4 $M_{\odot}$。忽略了自旋进动、物质、轨道偏心率和四极外辐射模的影响。与Advanced LIGO第一次观测运行中用于搜索紧凑双星合并的模板库相比，这里我们包括总质量高达数百个太阳质量的双星黑洞系统，从而提高了观测此类系统的能力。我们引入一种技术来改变波形滤波器的起始频率，使我们的银行可以同时包含二进制中子星和高质量的二进制黑洞波形。我们还引入了一个下限的滤波器波形长度，排除非常短的持续时间，高质量的模板，其灵敏度大大降低的干涉仪的特性和性能。
2017-05-04 gr-qc
Reducing the number of templates for aligned-spin compact binary coalescence gravitational wave searches using metric-agnostic template nudging
有效的多维模板放置是计算密集型匹配滤波搜索引力波（GWs）的关键。在这里，我们实现了相邻细胞算法（NCA），以提高现有的紧凑型二进制聚结（CBC）模板库的检测量。该算法已成功地应用于费米卫星数据中的二进制毫秒脉冲星搜索。它将模板从过密区域重新定位到欠密区域，并减少了随机方法实现相同检测体积所需的模板数量。我们的方法很容易推广到其他CBC参数空间。在这里，我们将这种方法应用到对齐-单自旋中子星-黑洞双星合并inspiral-merge-ringdown引力波参数空间。我们表明，模板nudging算法可以达到等效的效果的随机方法与12%的模板减少。
2018-01-31 gr-qc
Template bank for sub solar mass compact binary mergers in the fourth observing run of Advanced LIGO, Advanced Virgo, and KAGRA
本文为 LIGO-Virgo-KAGRA 第四次观测运行构建了次太阳质量致密双星并合搜索模板库，通过改进几何流形算法支持极低组分质量，并用模拟信号验证了其搜索有效性。
2025-05-08 gr-qc
Searches for Post-Merger Gravitational Waves with CoCoA: Sensitivity Projections Across Large Template Banks for Current and Next-Generation Detectors
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；Rice University（莱斯大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Rhode Island（罗德岛大学）
研究评估了利用CoCoA算法检测由长寿命GRB残骸驱动的中间持续时间合并后引力波的灵敏度，旨在优化未来搜索策略以平衡灵敏度与计算成本。
2026-04-14 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Swarm-intelligent search for gravitational waves from eccentric binary mergers
针对现有引力波建模搜索依赖预计算模板库、成本高且难扩展参数空间的问题，提出基于粒子群优化的偏心致密双星并合搜索方法，经模拟信号验证可有效捕捉偏心率与自旋效应，还用于重分析部分引力波暂现源并合候选体。
2024-07-12 astro-ph.IM gr-qc
Searching for black hole echoes from the LIGO-Virgo Catalog GWTC-1
我们已经检查了引力波回波信号的9个二元黑洞合并事件所观察到的先进LIGO和处女座在第一次和第二次观测运行。为了构造一个回波模板，我们考虑克尔时空，其中事件视界被一个反射膜所取代。我们使用频率依赖的反射率在角势垒，这是拟合的数值数据通过求解Teukolsky方程。该反射率给出了在模板中在较低频率处被抑制的频率依赖性透射率。我们还考虑了波形的整体相移作为参数，当波在膜和势垒处反射时产生。利用这种基于黑洞扰动的模板，我们在双黑洞合并事件中没有发现明显的回波信号。
2019-09-27 gr-qc
Parameter estimation using a complete signal and inspiral templates for low mass binary black holes with Advanced LIGO sensitivity
研究了螺旋模板在LIGO高灵敏度引力波数据分析中的有效性，研究了总质量为$M \leq 30 Msun$的低质量双星黑洞。我们主要关注非自旋系统。作为我们的完整的吸气合并振铃波形模型（$IMR$），我们假设的现象学模型，“现象A”，并定义我们的吸气模板模型（$Imerg$）考虑从$IMR$的吸气部分合并频率（fmerg）。我们首先使用$IMR$信号和$IMR$模板计算{ \it true}统计不确定性。接下来，使用$IMR$信号和$Imerg$模板，我们计算拟合因子和系统偏差，并将偏差与{ \it true}统计不确定性进行比较。我们发现，$Imerg$模板库的有效标准分别为$Mcrit \sim 24 Msun$用于检测（如果$M>Mcrit$，则拟合因子小于$0.97$）和$Mcrit \sim 26 Msun$用于参数估计（如果$M>Mcrit$，则系统偏差大于信噪比为$20$的{ \it true}统计不确定性）。为了研究内旋波形对截止频率的依赖性，我们定义了另一个内旋模型$Iisco$，它终止于最内稳定圆轨道频率（$fisco<fmerg$）。我们发现，$Iisco$模板库的有效性标准分别为$Mcrit \sim 15 Msun$和$\sim 17 Msun$检测和参数估计。我们调查的统计不确定性的螺旋模板模型考虑各种信号噪声比，并比较那些{ \it真}的统计不确定性。我…
2015-10-12 gr-qc
Gravitational waves from eccentric binary neutron star mergers: Systematic biases and inadequacy of quasicircular templates
本研究针对偏心双中子星并合引力波分析中准圆模板的偏差问题，通过贝叶斯模拟分析发现中等偏心率下已存在显著参数估计偏差，指出高精度观测需标准化的偏心波形。
2025-10-22 astro-ph.HE gr-qc
Ready-to-use Fourier domain templates for compact binaries inspiraling along moderately eccentric orbits
本文推导了沿中等偏心轨道旋转的致密双星的傅立叶域引力波响应函数的解析表达式。这些表达式包括精确到第一后牛顿（PN）阶的两个GW偏振态的振幅校正。此外，我们的完全3PN精确的GW相位演化在每个PN阶上包含高达六阶的偏心效应。此外，我们开发了一个处方，将3PN准确的近星点推进GW阶段演变的影响分析。这就是我们如何提供一个现成的使用和有效的inspiral模板家庭紧凑的二进制文件在中等偏心轨道。初步的GW数据分析探索表明，我们的模板家庭应该被要求构建分析的灵感合并振铃模板，以模拟适度偏心紧凑的二元聚结。
2019-06-04 gr-qc
Charged Black Hole Mergers: Orbit Circularisation and Chirp Mass Bias
我们考虑带有U（1）荷的黑洞的内旋，U（1）荷不是电磁的，而是对应于某个暗扇区。在弱场、低速区，分量遵循开普勒轨道。我们研究了偶极占主导地位的发射的轨道参数如何演变，并发现轨道很快circularises，虽然没有有效的引力占主导地位的排放。然后，我们考虑圆形轨道，并从携带小电荷的组件中寻找引力波形的修改。考虑到这一点，我们用简化的LIGO噪声填充波形，并对其进行匹配滤波程序，其中模板库仅由不带电的模板组成，重点关注电荷对啁啾质量估计的影响。我们发现一个一致的高估的“广义”啁啾质量，和一个可能的过度和低估的实际啁啾质量。最后，我们简要地考虑双曲线遇到这样的费用的影响，再次发现解释的广义啁啾质量作为实际啁啾质量所产生的偏见。
2021-01-14 gr-qc
Systematic errors in measuring parameters of non-spinning compact binary coalescences with post-Newtonian templates
我们研究的天体物理影响的重力波形的不准确和不完整的建模从紧凑的二元聚结（CBCs）。我们这样做的匹配滤波的完整的吸气合并振铃（IMR）信号与银行的吸气相位模板建模后的3.5后牛顿泰勒T1近似。选择模板的基本原理有三个方面：（1）现象学信号的螺旋相位，这是完整IMR信号的一个例子，在相同的泰勒T1近似上建模。(2)在低质量的限制，合并和衰荡阶段的持续时间比inspiral阶段短得多，误差应该趋于消失的小值，因此，提供了一个重要的检查我们的模拟数值方面。(3)由于双星黑洞（BBH）的信号还不知道质量比超过10，因为来自涉及中子星的CBCs的信号受到其状态方程知识的不确定性的影响，螺旋模板仍然在使用中搜索这些信号。从我们的数值模拟的结果进行了比较与分析计算的系统误差使用的Fisher矩阵的模板参数空间。我们发现，即使对于组分质量为m1 = 13 M \odot和m2 = 20 M \odot的双黑洞，信噪比（SNR）的损失也可以高达60%.此外，同一对的估计总质量可能会偏离20%。这两种情况对于一些更高质量的组合来说都更糟。甚至对称质量比η的估计在这个例子中也有近20%的误差，并且在这里研究的质量范围内可能比50%更差。这些误差显著地支配它们的统计对应物（在标称SNR为10时）。然而，可以通过允许具有非物理值η的模板来减轻SNR的损失。
2012-07-13 gr-qc
Phenomenological template family for black-hole coalescence waveforms
数值相对论的最新进展使我们能够模拟二元黑洞合并问题的非微扰合并阶段。基于这些结果，我们提出了一个唯象的波形，它可以模拟黑洞合并的inspiral，合并和衰荡阶段。我们还构建了一个模板银行使用这个家庭的波形，并讨论其实施中的搜索签名的引力波产生的黑洞合并的地面干涉仪的数据。这个模板库可能使我们能够将目前的螺旋搜索扩展到更高质量的二元黑洞系统，即，这些系统的总质量大于约80个太阳质量，从而扩大了目前这一代地基探测器的探测范围。
2007-07-11 astro-ph gr-qc
A hierarchical search for gravitational waves from supermassive black hole binary mergers
我们提出了一种在LISA数据中从合并的超大质量二元黑洞中寻找引力波的方法。搜索利用$\mathcal{F}$统计量来最大化二元系统的外部参数并确定其值。使用随机生成的多维模板库分层搜索内部参数，以恢复二进制的质量和天空位置。我们提出了这种方法应用于模拟LISA数据挑战1B数据集的结果。
2008-10-01 gr-qc
Searching for binary coalescences with inspiral templates: Detection and parameter estimation
近年来，数值相对论的研究取得了显著的进展.这导致了引力波形信号的产生，涵盖了传统上称为致密双星合并的三个阶段-螺旋，合并和环缩。在本文中，我们研究的有用性的inspiral只有模板的检测和参数估计的数值相对论模拟产生的全聚结波形。为此，我们部署作为搜索模板波形的基础上终止于光环以及标准后牛顿波形的有效单体波形。我们发现，这两个都是很好的信号检测。参数估计在低质量时是好的，但随着二元系统质量的增加而退化。
2009-02-02 gr-qc
First gravitational-wave search for intermediate-mass black hole mergers with higher order harmonics
目前的匹配滤波器搜索从双黑洞合并的引力波比较校准的探测器数据的波形模板，省略了高阶模式的内容，信号预测的广义相对论。然而，高阶发射模式对于质量高于$\simeq 100 M_\odot$的高度倾斜的非对称源变得重要，导致当前搜索不适合检测它们。我们提出了一个新的引力波搜索，实现模板，包括高阶模式，自适应信号毛刺鉴别器，和更高的排名统计，以具体的目标信号显示强大的更高的模式，对应于近边缘的源与总红移质量的中等质量黑洞范围$M_T(1+z) \in (100,500) M_\odot$和质量比$q\in(1,10)$。我们的搜索显示了体积灵敏度增益高达$450\%$，这些信号相比，现有的搜索省略高阶模式。我们将搜索部署在Advanced LIGO第三次观测运行的公共数据上。虽然我们没有发现统计上显着的候选人以外的其他地方已经报道，我们的搜索设置阶段，以寻找更高模式丰富的信号在未来的观察运行。有效地探测到这样的信号对于进行广义相对论的详细测试、观察强场现象以及最大限度地观察尚未被探索的中等质量黑洞双星的机会至关重要。
2022-12-05 gr-qc
Metric Assisted Stochastic Sampling (MASS) search for gravitational waves from binary black hole mergers
本文提出度量辅助随机采样（MASS）引力波搜索算法，通过随机匹配滤波替代固定模板库，在保持灵敏度与计算成本竞争力的同时简化配置并支持异构网格水平扩展，并在约一个月LIGO公开数据中成功验证。
2022-10-03 gr-qc
Searching for numerically-simulated signals of black hole binaries with a phenomenological template family
最近的进展，在数值相对论现在允许计算的二元黑洞合并，而后牛顿和微扰技术可以用来模拟的inspiral和ringdown阶段。到目前为止，大多数引力波搜索都使用了各种后牛顿启发的模板来搜索由紧凑的二元物体合并产生的信号。Ajith等人已经为非旋转的二元黑洞系统产生了混合波形，包括合并过程的三个阶段，并从它们构造了唯象模板，以参数化的形式捕获这些波形的特征。作为将目前的螺旋搜索扩展到更高质量的二元黑洞系统的第一步，我们已经使用这些唯象波形来搜索注入到合成LIGO数据中的数值模拟信号，作为NINJA项目的一部分。
2009-01-29 gr-qc
Towards a unified treatment of gravitational-wave data analysis
我们提出了一个统一的描述引力波数据分析，统一的模板为基础的分析，用于检测确定性信号的建模来源，如二进制黑洞合并，与互相关分析用于检测随机引力波背景。我们还讨论了基于模板的分析和那些目标的引力波的建模较差的突发之间的连接，并提出了一种新的方法来检测突发信号。
2013-05-29 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
Building a stochastic template bank for detecting massive black hole binaries
两个大质量黑洞的合并是LISA最强和最有希望的来源。事实上，从螺旋和合并的末端发出的引力信号将在整个宇宙中被探测到。本文描述了从大质量黑洞双星中分层搜索引力波信号的第一步。它是基于常规用于地基引力波天文学的方法，通过模板库过滤数据。然而，我们使用一种新的基于蒙特卡罗（随机）的方法在参数空间中放置一个网格，我们使用的可能性最大化的分析超过一些参数，称为F-统计，作为检测统计。我们建立了一个粗模板库来检测引力波信号并进行初步的参数估计。将使用Metropolis-Hasting随机搜索跟踪最佳候选人，以细化参数估计。我们通过将其应用于模拟LISA数据挑战1B（训练数据集）来展示该方法的性能。
2008-01-26 gr-qc
Detection of gravitational-wave bursts with chirplet-like template families
引力波（GW）突发检测算法通常依赖于突发信号“局部稳定”的假设，即它随频率缓慢变化。在这个假设下，信号可以分解成少量的具有恒定频率的小波。这证明了在欧米茄管道中使用正弦高斯模板家族的合理性，欧米茄管道是LIGO-Virgo爆发搜索中使用的算法之一。然而，也有可能的情况下，爆发频率迅速演变，如在合并阶段的一个双黑洞和/或中子星合并。在这些情况下，由于模板和实际信号之间的失配，正弦高斯的局部平稳性导致性能损失。我们提出了一个扩展的欧米茄管道的基础上chirplet模板。Chirplets包含一个额外的参数，啁啾率，以控制频率的变化。在本文中，我们表明，欧米茄管道可以很容易地扩展到包括一个chirplet模板银行。我们说明了模拟数据集上的方法，与一个家庭的现象学二进制黑洞合并波形嵌入到高斯LIGO/室女座般的噪音。啁啾样模板导致测量的信噪比的增强。
2010-05-28 gr-qc
Investigating Binary Black Hole Mergers with Principal Component Analysis
尽管最近的进展，在合并的二进制黑洞系统的数值模拟，高度不对称的自旋系统和准确的物理模板的建设仍然具有挑战性和计算昂贵。我们探讨了一个及时和强大的测试信号是否表现出通用功能，可以教育新的模拟证据的可行性。我们形成具有不同物理效应的数值相对论波形的目录，并计算引力波信号属于每个目录的相对概率。我们介绍了一种算法，旨在执行此任务的聚结信号，使用主成分分析的波形目录和贝叶斯模型选择，并证明其有效性。
2014-06-23 gr-qc
A template bank for gravitational waveforms from coalescing binary black holes: non-spinning binaries
利用广义相对论中的近似/微扰技术，可以精确地模拟出双星黑洞并合过程中的内旋和衰荡阶段的引力波形。数值相对论的最新进展使我们能够模拟二元黑洞合并问题的非微扰合并阶段。这使我们能够\emph{coherently}搜索的所有三个阶段的非旋转的双黑洞合并使用一个单一的模板银行。以我们的动机，从这些结果，我们提出了一个家庭的模板波形，可以模拟的inspiral，合并，和环下阶段的非自旋二进制黑洞，遵循准圆形inspiral的合并。这个二维模板家庭明确参数化的二进制的物理参数。我们证明了该模板族不仅是探测黑洞并合信号的\emph{effectual}，而且是估计双星参数的\emph{faithful}。我们比较的灵敏度搜索（在不同的地面干涉仪的背景下）使用所有三个阶段的黑洞合并与其他基于模板的搜索，分别寻找个别阶段。我们发现，所提出的搜索是显着更敏感的比其他基于模板的搜索大量的质量范围内，潜在地带来显着的改善事件率的地面干涉仪。作为这项工作的一部分，我们还规定了一个一般的程序来构建内插模板银行使用非旋转的黑洞波形产生的数值相对论。
2009-05-11 astro-ph 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
Hybrid geometric-random template placement algorithm for gravitational wave searches from compact binary coalescences
由中子星和黑洞组成的天体物理致密双星系统是先进LIGO探测器的一类重要的引力波源。精确的理论波形模型，从螺旋，合并和振铃阶段的这种系统，被用来过滤检测器数据下的模板匹配滤波范例。固定最小匹配的参数空间上的有效网格对这些搜索所花费的总时间有直接影响。本文提出了一种新的几何-随机混合模板布局算法，用于两个质量和一个自旋幅度参数描述的信号。这样的模板库有可能用于从双星中子星和中子星-黑洞系统中搜索GW。模板放置是鲁棒的，并且能够自动适应曲率和边界效应而无需微调。我们还比较了这些银行香草随机模板银行，并表明，虽然都是同样有效的拟合因子的意义上，银行的大小是$\sim 25 \%$更大的随机方法。此外，我们表明，建议的混合银行的产生可以加快近一个数量级的随机银行。与最佳实施有关的一般问题进行了详细讨论。这些改进预计将直接降低引力波搜索的计算成本。
2017-11-12 gr-qc
Systematic biases in parameter estimation of binary black-hole mergers
引力波数据中双星黑洞合并事件的参数估计依赖于匹配滤波技术，而匹配滤波技术又依赖于精确的模型波形。在这里，我们的特点是系统的偏见，在测量天体物理参数的二元黑洞应用目前最准确的有效单体模板模拟数据包含非旋转的数值相对论波形。对于先进的地面探测器，我们发现，系统偏差是在现实的信噪比（SNR）的统计误差。这些偏差增长到与高地基仪器SNR（SNR = 50）的统计误差相当，但从未主导误差预算。在天基探测器预期的大得多的信噪比下，这些偏差与统计误差相比将变得很大，但对于天体物理学黑洞质量估计，绝对偏差（最多百分之几）仍然相当小。
2012-10-02 gr-qc
Toward faithful templates for non-spinning binary black holes using the effective-one-body approach
本文给出了两个非自旋黑洞的非偏心系统并合过程中引力辐射波形的精确近似。利用最近的数值相对论模拟和自然的灵活性的有效单体（EOB）模型的信息，我们扩展了后者，使其能够成功地匹配的数值相对论波形在最后阶段的螺旋，合并和衰荡。这里的“成功”是指在衰荡阶段结束时，相位差小于引力波周期的8%，仅在到达时间和初始阶段达到最大值。我们通过简单地在EOB径向势中添加4-post-Newton阶校正并通过施加质量比m1/m2 = 1，3/2，2和4的数值波形的高匹配性能来确定（常数）系数来获得这个结果，m1和m2是单个黑洞质量。最后的黑洞质量和自旋的数值模拟预测被用来确定衰荡频率和衰减时间的三个准正常模式的阻尼正弦曲线，附加到EOB inspiral-（暴跌）波形在EOB光环。EOB波形可能会被测试，并进一步改进，在未来的比较非常长和准确的螺旋数值相关波形。他们可能已经被用于相干搜索和参数估计的引力波发射的非旋转合并的双黑洞与地面激光干涉仪探测器。
2008-01-04 gr-qc
Gravitational-wave template banks for novel compact binaries
本文提出用掩码自回归归一化流生成高维 BBH 引力波随机模板库，并验证其可高效覆盖进动及高阶模参数空间。
2024-01-22 gr-qc
Comparison of high-accuracy numerical simulations of black-hole binaries with stationary phase post-Newtonian template waveforms for Initial and Advanced LIGO
我们研究的有效性，目前使用的地面引力波探测器搜索合并的二元黑洞的静止相位近似后牛顿波形进行比较，从数值模拟的一个等质量的非自旋二元黑洞inspiral，合并和ringdown获得一个准确的波形。我们进行这项研究的初始和先进的LIGO探测器。我们发现，模板和信号之间的重叠可以通过将匹配滤波器集成到比目前使用的频率更高的频率来改善。我们提出了简单的分析频率截止初始和先进的LIGO，实现了接近最佳的匹配，并可以很容易地扩展到不等质量，旋转系统。我们还发现，模板，包括条款的阶段演变高达3.5 pN的顺序几乎总是更好的，很少显着恶化，比目前使用的2.0 pN模板。对于初始LIGO，我们建议使用模板的策略，包括最近在低质量（$M \leq 35 \MSun$）区域引入的伪4.0 pN项，以及3.5 pN模板，允许在此之上的对称约化质量$η$的非物理值。对于这里使用的数据，该策略总是实现最优值的0.3%以内的重叠。对于高级LIGO，我们推荐使用3.5 pN模板（最高达$M=12 \MSun$）、2.0 pN模板（最高达$M=21 \MSun$）、伪4.0 pN模板（最高达$65 \MSun$）和3.5 pN模板（含非物理$η$）以获得更高质量。这种策略总是实现Advanced LIGO最佳值的0.7%以内的重叠。
2009-01-14 gr-qc
Post-Newtonian templates for gravitational waves from compact binary inspirals
为了能够检测并最大限度地提高从致密双星系统观测到的引力波的物理输出，精确的波形模型的可用性至关重要。目前的工作旨在为非专家的概述（inspiral）波形中使用的引力波数据分析紧凑的二元合并。我们首先提供了一个简单的牛顿轨道动力学和线性化的引力理论中的引力辐射物理的基本要素，描述了绝热近似应用于二进制系统：在实践中构建理论引力波形的关键要素。接下来，我们在后牛顿近似的广义相对论的引力波形，并强调的基本输入的螺旋波形的缓慢发展，旋转，nonprecessing，准圆双黑洞，即后牛顿的能量，通量和（吸收校正）平衡方程。然后在时域和频域中给出后牛顿内旋模板。最后，包括合并和随后的振铃阶段，我们简要地调查了两个家庭的全波形模型的紧凑型二进制合并目前实施的LSC算法库仿真：有效的一体化方法和唯象频域模型。
2021-06-14 astro-ph.HE gr-qc
Extreme Mass-Ratio Binary Black Hole Merger: Characteristics of the Test-Particle Limit
我们研究了极端质量比极限下的二元黑洞合并。我们确定的能量，角动量和线动量的合并后，残留的黑洞。与以前的作品不同，我们直接在测试粒子的限制，通过求解Regge-Wheeler-Zerilli波动方程的源，沿着测地线移动。我们依赖于这样一个事实，即对合并，小质量比的二进制系统遵循quasiuniversal测地线轨迹。这种形式主义捕捉到了小质量比双星的最终合并前阶段，从而在数值相对论模拟无法到达的区域提供了一个简单的通用描述。我们提出了一个通用的波形模板，可用于搜索的引力波爆发的小型和中型质量比的双星系统。最后给出了反冲速度在对称质量比$ν$中是二次的形式证明。具体地，速度由$V/c\approx 0.0467 ν^2$给出。该结果比先前估计的大大约$4\%$。这种差异主要是由于在我们的计算中包含了更高的多极子。
2022-10-25 gr-qc
Comparison and contrast of test-particle and numerical-relativity waveform templates
我们比较和对比的引力波的发射和波形最近建立的“螺旋漂移序列”的一个测试粒子周围的克尔黑洞与公开可用的波形模板的数值相对论。考虑两个质量相当的黑洞的并合。我们勾勒出一个最终顺利合并的测试粒子到最终克尔黑洞。如果我们对粒子和克尔黑洞的质量采用牛顿质心描述，而对克尔黑洞的自旋采用一个有效值，我们会发现这两种处理方法之间惊人的和意想不到的一致性，但其性质仍有待澄清。
2018-02-06 astro-ph.HE gr-qc
Mapping inspiral-merger-ringdown waveforms of binary black holes from black hole perturbation waveforms by machine learning
本研究提出基于闭式连续时间神经网络的波形映射方法及BHP2NRMLSur模型，将黑洞微扰理论波形高效映射为高精度的数值相对论波形，显著提升了引力波模板的计算效率。
2025-03-06 astro-ph.IM gr-qc
Mis-Modelling in Gravitational Wave Astronomy: The Trouble With Templates
波形模板是提取和表征引力波信号的有力工具，它作为信号形态的高度限制性先验，使我们能够提取深埋在仪器噪声中的弱事件。模板将波形形状映射到物理参数，从而使我们能够为这些参数生成后验概率分布。然而，在使用高度限制性的信号先验时存在伴随的危险。如果广义相对论（GR）不能准确描述强场重力，则使用GR模板可能导致恢复的参数中的基本偏差，或者甚至更糟，检测信号的完全失败。在这里，我们研究这样的危险，集中在三个不同的可能性。首先，我们表明，存在修改后的理论与所有现有的测试，将无法检测到的LIGO/处女座网络使用基于GR模板的搜索，但将使用一个参数后爱因斯坦扩展检测。其次，我们研究修改后的理论，产生偏离GR突然打开在一个临界频率，产生的波形，不天真地适合最简单的参数化后爱因斯坦（ppE）计划。我们发现，即使是最简单的ppE模板仍然能够拿起这些奇怪的信号和诊断偏离GR。第三，我们研究是否使用的吸气只有ppE波形的信号，包括合并和振铃可以导致错误识别GR离开的问题。我们提出了一种简单的技术，使我们能够自我一致地识别信号的inspiral部分，从而消除这些潜在的偏见，允许GR测试进行更高质量的信号，合并在检测器频带内。最后，我们通过研究一个参数化的波形模型，可以让我们使用完整的吸气合并振铃信号来测试GR。
2014-03-20 astro-ph.HE gr-qc
Template bank to search for exotic gravitational wave signals from astrophysical compact binaries
针对广义相对论(GR)模板库无法有效探测双中子星非GR信号的问题，提出一种结合三维晶格放置与随机方法的混合构建法，生成了约15倍于传统库的非GR模板库，有效提升了目标空间内非GR信号的探测能力。
2024-06-25 astro-ph.IM gr-qc
A search technique to observe precessing compact binary mergers in the advanced detector era
通过匹配滤波器搜索，可以最有效地识别来自紧凑双星聚结的引力波信号，该搜索将数据与预先生成的引力波模板库进行匹配。虽然存在不同的技术来执行匹配滤波器，以及生成模板库，但目前所有建模的引力波搜索都使用限制组件自旋与轨道角动量对齐（或反对齐）的模板。这意味着目前的搜索对具有通用自旋（旋进）的双星产生的引力波信号不太敏感，这表明，潜在的，很大一部分信号可能仍然未被检测到。在这项工作中，我们引入了一个匹配滤波器搜索，是敏感的进动二进制产生的信号，可以实际使用的引力波观测运行期间。利用进动双星的引力波信号可以分解为五次谐波的幂级数这一事实，我们证明了对于总质量大于$17.5\, M_{\odot}$且面内自旋为$>0.67$的中子星黑洞双星，需要一个仅比现有的对齐自旋模板库大$\sim 3\times$的通用自旋模板库来增加我们的$\sim 100\%$敏感体积.事实上，我们的通用自旋搜索以及现有的对齐自旋搜索中子星黑洞信号与微不足道的面内自旋，但提高了灵敏度$\sim60\%$平均在整个通用自旋参数空间。我们预计，这种改进的技术将识别出更多的引力波信号，并最终帮助揭示宇宙中未知的二进制自旋分布。
2023-03-30 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
An autoencoder-based surrogate waveform model for quasi-circular binary-black-hole mergers
Universitat de València（瓦伦西亚大学）；University of Valencia（瓦伦西亚大学）；Universidade do Minho（米尼奥大学）
本文提出基于自编码器的替代波形模型AESur3dq8，用于快速生成准圆形二黑洞并合的高精度波形，实现高效模板库构建并验证其与数值相对论的匹配度。
2026-10-28 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
An optimized PyCBC search for gravitational waves from intermediate-mass black hole mergers
中等质量黑洞（IMBH），即质量为$\sim 100$-$10^5 M_\odot$的黑洞，是引力波天文学的一个新兴目标，对宇宙学和强场引力的测试具有广泛的意义。目前基于PyCBC的紧凑二进制合并搜索，根据一组模板波形匹配过滤检测器数据，到目前为止已经检测到或确认了几个GW事件。然而，这些搜索所产生的信号合并的IMBH二进制的灵敏度是不是最佳的。在这里，我们提出了一种新的优化的基于PyCBC的搜索此类信号。我们的搜索受益于使用有针对性的模板库，更严格的信号噪声鉴别器和较低的匹配滤波器频率截止。特别是，对于具有各向同性分布的自旋的模拟信号的群体，我们在100年的逆虚警率下，根据总二进制质量，将灵敏的体积-时间乘积提高了1.5到3倍。我们在第三次观测运行的前半部分对高级LIGO-Virgo数据进行了新的搜索。该搜索没有识别任何新的重要IMBH二进制，但确实确认了短持续时间GW信号GW 190521的检测，错误警报率为727年1次。
2021-08-28 astro-ph.HE gr-qc
Efficiency of nonspinning templates in gravitational wave searches for aligned-spin binary black holes
研究了非自旋波形模板在引力波搜索对准自旋双星黑洞中的效率。我们使用PhenomD，这是最新的唯象波形模型，旨在生成完整的吸气合并振铃波形从BBH与轨道角动量对齐的自旋。在这里，我们用一个单一的自旋参数$χ$来处理对齐自旋的影响。我们考虑在$-0.4\leq χ\leq 0.4$范围内具有适度小自旋的BBH信号。使用非自旋模板，我们计算了对齐自旋信号在一个广泛的质量范围高达$\sim 100 M_{\odot}$的拟合因子。我们发现，负自旋的信号可以有更高的拟合因子比那些与正自旋。如果是$χ= 0.3$，则只有高度不对称质量信号的拟合因子可以超过阈值0.965，而如果是$χ= -0.3$，则所有信号的拟合因子都可以大于阈值。我们证明了正自旋和负自旋区域之间的差异是由于模板参数空间的物理边界（$η\leq 0.25$）。我们还表明，恢复的质量参数可以显着偏离真实的参数。通过比较系统偏差与统计误差，考察了系统偏差对参数估计的影响。
2016-12-28 gr-qc
Gravitational wave inference on a numerical-relativity simulation of a black hole merger beyond general relativity
我们应用普通的引力波推论程序对超越广义相对论的双黑洞合并波形进行研究。我们考虑动力学Chern-Simons引力，一个起源于弦论和圈量子引力的修正引力理论。这个理论引入了一个额外的参数$\ell$，对应于长度尺度，低于这个尺度，超广义相对论效应就变得重要了。我们模拟数据的基础上产生的数值相对论波形下的近似这个理论，这不同于那些广义相对论在强非线性合并制度。我们考虑一个系统的参数类似于GW 150914与不同的值的$\ell$和信噪比。我们对模拟数据进行了两次分析。第一个是基于模板的分析，使用波形推导下广义相对论，并允许我们识别两个波形形态之间的简并。第二种是基于贝叶斯波的形态独立分析，它不假设信号与广义相对论一致。贝叶斯波分析忠实地重建模拟信号。然而，在广义相对论下导出的波形模型不能完全模仿模拟的修正重力信号，并且这种偏差将用现有的推断工具来识别。根据偏差的大小，我们发现，模板化分析可以在完全恢复模拟的超GR波形中执行形态学独立的分析，即使对于可实现的信噪比$\gtrsim 20{-}30$。
2023-01-31 astro-ph.HE gr-qc
Decoding mode-mixing in black-hole merger ringdown
从引力波观测的二元黑洞聚结中最佳地提取信息需要对波形有详细的了解。目前用于表示波形信息的方法是基于自旋加权球谐分解。携带几个百分比的总功率输出的合并附近的高阶谐波模式可以提供关键信息，以确定的内在和外在参数的二进制。构建合并波形的完整多模模板的一个障碍是这些模式中的一些模式的明显复杂的行为;代替稳定到具有衰减振幅的简单准正规频率，一些$|m| \neq \ell$模式显示模式混合的周期性颠簸特征。我们分析了这些模式中最强的-异常$(3,2)$谐波模式-测量在一组二进制黑洞合并波形模拟，并表明，领先的顺序，他们是由于用于提取在3D数值相对论模拟的球谐函数之间的不匹配，和球谐函数适用于克尔黑洞的微扰理论。模式混合所产生的规范模糊性和准正规衰荡模式的物理性质的其他原因也被认为是小的波形研究。
2013-04-05 gr-qc
Interpolation in waveform space: enhancing the accuracy of gravitational waveform families using numerical relativity
在引力波天线数据中识别致密天体合并的匹配滤波包括将数据流与一组模板引力波形进行比较。典型地，模板库由现象学波形模型构造，因为这些可以针对物理参数的任意选择来评估。最近，已经提出，奇异值分解（SVD）可以用来减少检测所需的模板的数量。正如我们在这里所展示的，SVD的另一个好处是它从现象学模板中去除了偏差，同时相应地提高了它们表示从数值相关性（NR）模拟中获得的波形信号的能力。使用这些想法，我们提出了一种方法，校准减少SVD基础上的现象学波形对NR波形，以构建一个新的波形近似与原始的现象学模型相比，提高了准确性和忠实性。新的波形族通过插值NR波形的投影系数扩展到约化基上的数值计算给出，并提供了一个增强唯象模型的通用方案。
2012-11-29 gr-qc
Computing Fast and Reliable Gravitational Waveforms of Binary Neutron Star Merger Remnants
在双星GW170817的螺旋中探测到了引力波，这使得对中子星状态方程的约束成为可能。如果探测到来自合并后残骸的引力波，状态方程可以进一步受到约束。目前，合并后的波形是由数值相对论模拟，这是计算昂贵。在这里，我们介绍了一个在数值相对论模拟上训练的分层模型，它可以在几分之一秒内生成可靠的合并后光谱。我们的光谱的平均拟合因子为0.95，相比之下，模拟相同物理系统的不同数值相对论代码之间的拟合因子为0.76和0.85。该方法是产生用于合并后检测和参数估计的大模板谱库的第一步。
2018-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Assessing the compact-binary merger candidates reported by the MBTA pipeline in the LIGO-Virgo O3 run: probability of astrophysical origin, classification, and associated uncertainties
我们描述的方法所使用的多波段模板分析（MBTA）管道计算的概率天体物理起源，$p_{astro}$，紧凑的二进制合并候选人在LIGO室女座数据从第三次观测运行（O3）。计算作为离线分析的一部分执行，并用于表征候选事件及其源分类。描述了技术细节和实施，以及GWTC-2.1中公布的第三次观测运行（O3 a）的上半年的结果。该方法的性能进行评估的模拟重力波信号在O3 a数据中使用的参数化的$p_{astro}$作为MBTA组合的排名统计的函数注入。统计和系统的不确定性的可能来源进行了讨论，并量化其对$p_{astro}$的影响。
2021-12-14 gr-qc
Detection and Prediction of Future Massive Black Hole Mergers with Machine Learning and Truncated Waveforms
本研究提出一套结合卷积神经网络与强化学习的机器学习框架，可利用LISA等空间引力波探测器的TDI谱图探测大质量黑洞双星并预测其并合时间，经LISA Spritz数据验证有效，可为多信使天文学提供支持。
2024-05-18 astro-ph.IM gr-qc
Black-hole ringdown with templates capturing spin precession: A reanalysis of GW190521
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）；Institute of Astrophysics, FORTH（基础与技术研究基金会天体物理研究所）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）
本文实现了一个考虑自旋进动的振幅模型，用于分析黑洞合并铃宕信号，并对GW190521进行再分析，发现进动引起参数和次主导模态振幅的系统性偏移，但铃宕单独分析未提供强进动证据。
2026-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Testing the validity of the phenomenological gravitational waveform models for nonspinning binary black hole searches at low masses
现象学引力波形模型，我们称之为现象A，现象B和现象C，产生完整的合并二进制后孔（BBH）的吸气合并振铃波形。这些模型是在傅里叶域中定义的，因此可以用于引力波搜索中的快速匹配滤波。PhenomA已被开发用于非自旋BBH波形，而PhenomB和PhenomC被设计用于模拟具有非旋进（对齐）自旋的BBH系统的波形，但也可用于非自旋系统。在这项工作中，我们研究了在低质量，$m_{1,2}\geq 4 Msun$和$m_1+m_2\equiv M \leq 30 Msun$，先进的LIGO的非自旋BBH搜索的唯象模型的有效性。作为我们的完整的信号波形模型，我们采用EOBNRv 2，这是一个时域的inspiral-merge-ringdown波形模型。为了研究唯象模板模型的搜索效率，我们通过探索重叠表面来计算拟合因子。我们发现，只有PhenomC是有效的，以获得拟合因子优于0.97的质量范围内的$M<15 Msun$。在$15 Msun$以上，PhenomA在对称质量区最有效，PhenomB在高度不对称质量区最有效，PhenomC在中间区最有效。具体来说，我们提出了一个有效的唯象模板家庭，可以通过采用的唯象模型在四个子区域分别构建。我们发现，有效的模板的拟合因子优于0.97，在我们的整个质量区域，大多数大于0.99。
2015-10-06 gr-qc
Analytical template for gravitational-wave echoes: signal characterization and prospects of detection with current and future interferometers
合并后衰荡阶段的引力波回波作为近视界量子结构的探测器和超致密恒星中奇异物质状态的标志，受到了严格的审查。我们提出了一个分析模板，该模板根据两个物理参数描述非旋转物体的振铃和回波信号：物体表面的反射率和红移。我们表征的模板的属性，并通过它与当前（aLIGO）和未来（宇宙探测器，爱因斯坦望远镜，LISA）引力波探测器的初步参数估计。对于固定的信噪比在合并后的阶段，对模型参数的约束只轻微地依赖于探测器灵敏度曲线的细节，但强烈地依赖于反射率。我们的分析表明，这可能是可能的检测或排除普朗克修正在地平线尺度完美反射超紧天体在$5σ$置信水平与先进的LIGO/Virgo。另一方面，衰荡阶段的信噪比等于$\approx 100$（未来的干涉仪可以实现），这可能使我们能够在$2σ$（$3σ$）水平上探测具有反射率$\gtrsim30\%$（$\gtrsim85\%$）的近视界量子结构。
2018-09-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Eccentricity in Disguise? Insights from GW231123 and Numerically Simulated Binary Black Hole Merger Signals
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Institute for Gravitation & the Cosmos, Department of Physics, Penn State University（宾夕法尼亚州立大学引力与宇宙学研究所物理学系）；Indian Institute of Technology, Bombay（印度理工学院孟买分校）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；School of Physics and Astronomy and Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院及引力波天文学研究所）
本文通过分析GW231123信号和数值模拟，发现忽略偏心率修正的波形模型可能将高偏心率双黑洞误判为近极端自旋，并强调环降分析可提供更可靠的自旋估计。
2026-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave parameter inference with the Newman-Penrose scalar $ψ_4$
针对数值相对论输出的$\psi_4$积分得到应变模板存在伪影的问题，提出直接用$\psi_4$模板结合探测器数据二阶差分的引力波分析框架，验证了有效性并修正了大质量事件分析偏差。
2023-10-16 gr-qc
Optimized Search for a Binary Black Hole Merger Population in LIGO-Virgo O3 Data
本研究针对LIGO-Virgo O3数据的双黑洞并合搜索，提出基于自适应带宽核密度估计的排序方法，相比原有方法灵敏体积提升超10%，新增8个阈值以上候选事件。
2024-08-19 astro-ph.HE gr-qc
Constraining Unmodeled Physics with Compact Binary Mergers from GWTC-1
我们提出了一个灵活的模型来描述的一般偏差的影响观察到的引力波信号从建模波形的LIGO和处女座引力波探测器。通过对GWTC-1星表中11个引力波事件的探测，我们能够限制可能与我们的模型波形的偏差。在本文中，我们提出了我们的相干样条模型，描述的偏差，然后选择验证我们的模型上的一个例子现象学和天体物理学激励的偏离波形的基础上极端自发标量化。我们发现，该模型是能够恢复的模拟偏差。通过进行模型比较，我们观察到样条模型有效地描述了模拟偏离比正常的紧凑的二元聚结（CBC）模型。我们用我们的模型分析了整个GWTC-1事件目录，并将其与正常CBC模型进行了比较，发现与所使用的建模模板重力波形没有显着偏离。
2022-02-11 gr-qc
