Exciting black hole modes via misaligned coalescences: I. Inspiral, transition, and plunge trajectories using a generalized Ori-Thorne procedure
在两个黑洞合并过程中发射的最后一波引力波是合并残余物的准正常振铃模式。在广义相对论中，残余黑洞的质量和自旋唯一地决定了每个辐射模式的频率和阻尼时间。这些模式的振幅由系统的质量比和聚结的几何形状决定。本文是第一部分的分析，旨在计算“激发因素”与错位的二元黑洞合并。为了简化分析，我们考虑了一个大质量比系统，该系统由一个非自旋的质量为$μ$的物体组成，该物体在准圆形轨道上螺旋进入一个质量为$M$和自旋参数为$a$的克尔黑洞，其中$μ/M \ll 1$。我们的目标是了解不同的模式是如何激发作为一个功能的黑洞自旋$a$和角度$I$的特点与黑洞的自旋轴的轨道的错位。虽然大质量比的极限并不能描述目前引力波探测器所观测到的双星，但这个极限使得我们能够快速而容易地探索双星的参数空间，并深入了解系统的晚期振铃波如何依赖于双星的几何形状。在这第一个分析中，我们发展了小天体在螺旋运动然后坠入大黑洞时所遵循的世界线。我们的分析概括了Ori和Thorne早期的工作，描述了一个非赤道的圆形内旋如何过渡到一个落入黑洞的暴跌轨迹。我们在这里开发的世界线在第二部分中使用的输入到时域黑洞扰动求解器。该解算器计算由这样的吸气和俯冲产生的引力波，使得有可能表征合并激发的模式。
2019-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Constraints on quantum Oppenheimer-Snyder black holes with eccentric extreme mass-ratio inspirals
Lanzhou University（兰州大学）
本文在圈量子引力框架下模拟偏心极端质量比旋进的轨道演化与引力波信号，证明 LISA 可分辨约 $10^{-5}$ 的量子修正并给出强于黑洞阴影观测的约束。
2026-11-02 gr-qc
Hybrid model for inspiral-merger-ringdown gravitational waveforms from comparable-mass, nonspinning binary black holes
针对可比质量无自旋双黑洞引力波旋近-并合-铃宕建模问题，提出改进混合近似方法，通过有效单体方法、修正势及优化边界数据，匹配NR波形的相对误差达10⁻³量级，解决了此前旋近晚期误差与铃宕频率不一致问题。
2025-11-12 gr-qc
Transition from adiabatic inspiral to plunge for eccentric binaries
本研究针对偏心双星系统，提出平滑连接绝热旋进与最终坠入两个阶段的过渡模型，以生成物理上合理的终止波形，并有助于理解地面探测器观测到的偏心双星最终周期。
2025-02-26 astro-ph.HE gr-qc
Constraining polymerized black holes with quasi-circular extreme mass-ratio inspirals
Lanzhou University（兰州大学）；Zhejiang University of Technology（浙江工业大学）
本文研究圈量子引力聚合物黑洞周围极端质量比旋近的引力波，采用半相对论绝热演化和数值 kludge 方法生成波形，发现量子参数会使波形相位超前，并表明未来空间引力波观测将比黑洞阴影测量给出更强的量子参数约束。
2026-11-02 gr-qc
Evolution of circular, non-equatorial orbits of Kerr black holes due to gravitational-wave emission: II. Inspiral trajectories and gravitational waveforms
一个“小”（$μ\sim 1-100 M_\odot$）致密体螺旋进入一个“大”（$M \sim 10^{5-7} M_\odot$）黑洞是空间引力波天文台LISA的一个关键引力辐射源。来自这种螺旋的波将探测克尔度规的极端强场性质。在本文中，我调查的一个有限的家庭，这样的inspirals（圆的，倾斜的轨道的inspiral）的性质，着眼于了解可观察到的引力波，他们产生的属性。使用先前提出的结果来计算辐射反应的影响，我组装的inspiral轨迹（假设辐射的反应，使在短时间尺度的轨迹近似测地线）和计算产生的波作为紧凑的身体螺旋。我对几个黑洞的自旋进行了分析，采样范围应该表明我们在自然界中会遇到什么样的自旋。自旋对波形有很大的影响。特别是当黑洞旋转非常快时，旋进体与事件视界之间的潮汐耦合对旋进时间尺度有很强的影响，进而对引力波定相有很大的影响。引力波本身被非常有效地描述为"多声啁啾“：波是”啁啾“的总和，每个啁啾对应于基本轨道频率的不同谐波。每个声音都有一个相当简单的阶段演变。逐个语音地搜索极端质量比吸气可能比一次搜索全部求和波形更有效。
2001-05-24 astro-ph gr-qc
Deriving analytic solutions for compact binary inspirals without recourse to adiabatic approximations
我们利用动力学重整化群方法，通过系统地重新计算长期增长项，计算了紧致双星的实空间轨迹。该方法不需要轨道平均就能得到闭合解，并且可以系统地提高精度。膨胀参数是$v^5 νΩ(t-t_0)$，其中$t_0$是初始时间，$t$是经过的时间，$Ω$和$v$分别是角轨道频率和初始速度，$ν$是双星的对称质量比。我们演示了如何应用重整化群方法，以两种方式恢复解决方案超出领先的秩序。首先，我们计算了主导辐射反作用力的二阶修正，这涉及到高度非平凡的检查的形式主义（即其重整化）。其次，我们展示了如何系统地包括后牛顿修正的辐射反作用力。通过避免轨道平均，我们获得了预测能力，并消除了初始条件的模糊性。最后，我们将讨论如何使用这种方法来找到解析解的自旋运动方程是有效的，在很长一段时间。
2016-09-27 gr-qc hep-ph hep-th
Polarization Signatures of Inspiraling Hotspots around Kerr Black Holes
Wake Forest University（维克森林大学）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛大学黑洞倡议）；Department of Physics, Wake Forest University（维克森林大学物理系）
本文提出了一种模拟Kerr时空内等纬度inspiraling热点偏振发射的通用框架，通过参数化四速度剖面，展示了inspiral运动产生的独特观测特征：偏振Stokes Q-U循环模式的预cession和unwinding演变，与稳定轨道上的闭合Q-U环形成鲜明对比。
2026-06-12 astro-ph.HE gr-qc
Towards adiabatic waveforms for inspiral into Kerr black holes: II. Dynamical sources and generic orbits
这是一系列论文中的第二篇，这些论文的目的是从恒星质量的致密天体到大质量黑洞的螺旋中产生“绝热”引力波形。在早期的工作中，我们提出了一个精确的（2+1）D时域有限差分程序来求解Teukolsky方程，该方程在旋转（Kerr）黑洞附近演化曲率扰动。新的关键要素是一个简单但精确的奇异源项模型，该模型基于Dirac-delta函数及其导数的离散表示。我们早期的工作是作为一个概念的证明，使用简单的圆形，赤道测地线轨道作为测试平台。这种源实际上是静态的，因为较小的物体在轨道上保持相同的坐标半径和轨道倾角。(It当然，它是通过轴向角度运动的，但是我们把这个自由度从问题中分离出来。我们的数值网格只有径向、极坐标和时间坐标。）我们现在扩展时域代码，以便它可以容纳在各种物理上有趣的世界线上移动的动态源。我们验证代码与频域波形的情况下，在该源沿通用（倾斜和偏心）约束测地线轨道的广泛比较。我们还证明了时域代码的能力，以适应有趣的非测地线世界线上移动的源。我们通过计算测试质量产生的波形来做到这一点，测试质量遵循一个“拼凑”的内螺旋轨迹，由一个近似的辐射损失公式驱动的合并的约束测地线段组成。
2008-08-04 astro-ph gr-qc
Regular black hole's impact on the gravitational waveforms from periodic orbits
本文研究规则黑洞中带磁荷黑洞的周期轨道，发现磁荷参数减小MBO和ISCO半径，并显著改变zoom-whirl动力学及EMRI引力波波形，未来GW观测可约束其性质。
2025-10-08 gr-qc
Superposed metric for spinning black hole binaries approaching merger
我们构造了一个近似的度量，表示自旋二进制黑洞（BBH）接近合并的时空。我们建立的度量作为一个分析叠加的两个克尔度量在调和坐标，在那里我们转换每个黑洞长期与时间相关的提升描述一个inspiral轨迹。助推器的速度和轨迹是通过求解后牛顿（PN）运动方程在3.5 PN阶。我们分析了时空标量的新的度规，我们表明，它是一个准确的近似爱因斯坦场方程在真空中的BBH系统的inspiral制度。此外，为了证明我们的方法的有效性，我们测试的背景下，3D广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟吸积迷你磁盘周围的黑洞的度量。我们比较我们的结果与以前经过充分测试的时空建设的基础上的渐近匹配方法。我们的结论是，我们的新时空是非常适合长期的自旋双黑洞的合并方式的GRMHD模拟。
2021-08-11 gr-qc
Extreme-Mass-Ratio Inspirals Embedded in Dark Matter Halo: Existence of Homoclinic Orbit and Horizon-Induced Chaos
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Key Laboratory for Researches in Galaxies and Cosmology, School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学院星系与宇宙学重点实验室，中国科学技术大学天文与空间科学学院）；Shanghai University（上海大学）；Sogang University（西江大学）；Center for Quantum Spacetime, Sogang University（西江大学量子时空中心）
研究在极端质量比极限下，围绕嵌入Dehnen-(1,4,5/2)型暗物质晕的类史瓦西黑洞运动的粒子是否存在同宿轨道及混沌运动，发现增加晕密度、标度半径和能量会增强非线性效应并导致混沌，且不违反混沌的普遍表面引力界。
2026-05-28 gr-qc hep-th nlin.CD
Bound orbit domains in the phase space of the Kerr geometry
本文在两参数空间中导出了Kerr黑洞存在非赤道偏心束缚轨道的条件：能量，测试粒子的角动量，黑洞的自旋，Carter常数空间（$E$，$L$，$a$，$Q$），偏心率，反横距空间（$e$，$μ$，$a$，$Q$）.这些条件将各种束缚轨道分布在（$E$，$L$）和（$e$，$μ$）平面的不同区域中，这取决于有效势的哪对根形成束缚轨道。我们提供了一个处方，以选择这些参数的束缚轨道，这是有用的输入，研究束缚轨道演化在各种天体物理学的应用，如模拟引力波发射从极端质量比inspirals，黑洞周围的相对论进动，和陀螺仪进动的研究作为一个测试的广义相对论。
2022-07-12 gr-qc
The Fourth RIT binary black hole simulations catalog: Extension to Eccentric Orbits
这是RIT数值相对论黑洞双星波形公共目录\url{http://ccrg.rit.edu/~RITCatalog}的第四版，包含1881个精确模拟，其中包括446个进动和611个非进动准圆/吸气双星系统，质量比$q=m_1/m_2$在$1/128\leq q\leq1$范围内，单个自旋高达$s/m^2=0.95$ ; 824个偏心轨道在$0<e\leq1$范围内。星表还提供了双星的初始参数、轨道信息、峰值辐射和最终残余黑洞的性质。波形针对质心漂移进行校正，并外推至未来的零无穷大。作为此波形目录的应用程序，我们重新分析所有的峰值辐射和残余物的属性，以找到新的，简单的，它们之间的相关性，有效的偏心率的存在下，实际天体物理学的使用。
2022-01-31 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waveforms and accretion characteristics in a quantum-corrected black hole without Cauchy horizons
School of Physics, Guizhou University（贵州大学物理学院）
本文研究了量子修正黑洞中无Cauchy horizon的引力波形与吸积特性，发现量子修正导致引力波相位偏移及吸积盘辐射效率降低。
2026-03-10 gr-qc
Dynamics of Black Hole Pairs II: Spherical Orbits and the Homoclinic Limit of Zoom-Whirliness
自旋黑洞对表现出一系列复杂的动力学行为。具有讽刺意味的是，对偏心和变焦旋转轨道的兴趣激发了本文的重点：恒定半径轨道。当黑洞的自旋不对齐时，恒定半径的轨道就不是圆，而是位于球面上，因此被称为“球面轨道”。球形轨道是重要的，因为它们在能量上框定了所有轨道的分布。此外，每个不稳定的球形轨道都渐近地接近一个旋转无限次的轨道，称为同宿轨道。同宿轨线是一个无限的回旋极限的变焦旋转频谱，并有进一步的意义，作为分界线之间的螺旋和暴跌偏心轨道。我们工作的背景下，两个自旋黑洞的质量相当的3PN哈密顿与自旋轨道耦合。因此，结果可以提供PN展开的准确性的测试基础。此外，球形轨道可以为数值相对论提供有用的初始数据。最后，我们指出，自旋黑洞对应该让位于混沌周围的同宿轨道时，自旋自旋耦合。
2008-11-24 astro-ph gr-qc
Tick-Tock: The Imminent Merger of a Supermassive Black Hole Binary
超大质量黑洞双星（SMBH）是分层宇宙中星系合并的迷人副产品。在它们轨道演化的最后阶段，引力波辐射驱动着双星的内旋，并发出最大的警报，等待着引力波观测站的探测。活动星系核的周期性变化的发射被认为是探测这类系统的一种强有力的方法，尽管没有一个确定的候选者接近它们的最终合并，使得观测到的周期在时间上保持恒定。在这项工作中，我们报告的第一个系统的快速衰减周期揭示了其光学和X射线光变曲线，这已经减少了约一年到一个月的三年。结合其光学氢线光谱，我们提出该系统是一个质量比不均匀、高度偏心的SMBH双星，正如轨迹演化模型所预测的那样，它将在三年内合并。如果这种解释是正确的，那么应该为人类历史上观察到的第一个SMBH合并事件计划协调的多波段电磁活动，以及可能的中微子测量。脉冲星定时阵列经过五到十年的观测，也可能探测到这一事件的引力波记忆。
2022-01-27 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical friction from scalar dark matter in the relativistic regime
轻玻色标量（如轴子）可能通过超辐射不稳定性在黑洞周围形成云，或者如果它们形成暗物质的某些成分，则通过吸积形成云。有人认为，当一个小型致密物体螺旋进入一个更大的黑洞时，它们的存在可能会导致引力波信号出现明显的失相。基于此，我们数值研究了在具有渐近均匀能量密度的背景标量场以相对论速度运动的黑洞所受的动力学摩擦力。我们表明，相对论标度是类似的超音速碰撞流体中发现的，假设一个近似表达式的压力校正，这取决于速度和标量质量。虽然我们专注于一个复杂的标量场，我们的研究结果证实了期望，真正的标量将施加一个力，振荡之间的正值和负值的时间与频率设置的标量质量。复数场描述了这个力的时间平均值，但在实标量中，快速的力振荡原则上会在轨迹上留下印记。我们得到的近似可以用来通知在一个极端的质量比inspiral的最后阶段的退相估计。
2021-10-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Quantum diffusion beyond slow-roll: implications for primordial black-hole production
原初黑洞（PBH）可以在单场暴胀模型中产生，并在势中具有准拐点。在这些模型中，大量生产的PBH需要偏离慢滚（SR）轨迹。反过来，这种SR破坏可以产生量子涨落的指数增长。我们研究了这些量子模的反作用的暴胀动力学使用随机暴胀的Hamilton-Jacobi形式。我们开发了一种方法来解决超越SR的概率分布的统计矩的量子扩散。我们将这些技术应用到一个玩具模型潜在的准拐点。我们发现，有一个增强的功率谱，由于在相位超越SR的随机噪声的主导地位。此外，非高斯校正变得以及相关的一个大的正峰度。总而言之，这产生了PBH生产的显著提高。我们讨论了我们的结果如何扩展到其他单场模型具有类似的动力学。我们的结论是，在这类模型中的PBH的丰度应该重新审视，包括量子扩散。
2018-08-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A source-free integration method for black hole perturbations and self-force computation: Radial fall
Schwarzschild-Droste黑洞在Regge-Wheeler规范中的扰动得益于波动方程的可用性和波函数的规范不变性，但缺乏光滑性。然而，偶扰动属于C \textsuperscript{0}连续类，如果波函数和它的导数满足特定的条件上的不连续性，称为跳跃条件，在粒子的位置。这些条件为时域有限元积分提供了一种新的处理方法。在$(t, r^*$）网格单元的上节点中的向前时间值通过三个在前节点值和基于跳跃条件的解析表达式的线性组合来获得。数值积分不直接处理源项、相关奇点和势。这相当于波动方程的间接积分。恢复了无穷远点的已知波形，并给出了粒子位置处的波函数。在本系列论文中，首先处理径向轨道，这种积分方法适用于EMRI（极端质量比螺旋）的一般轨道。
2011-03-08 astro-ph.HE gr-qc math-ph
Precisely computing bound orbits of spinning bodies around black holes II: Generic orbits
在本文中，我们继续研究自旋测试体绕克尔黑洞的运动。非旋转的测试物体遵循它们在其中运动的时空的测地线。一个测试物体的自旋耦合到该时空的曲率，引入一个“自旋曲率力”，将物体的世界线推离测地线轨道。自旋曲率力是后测地线效应的一个重要例子，必须仔细建模，以准确描述绕黑洞运行的物体的运动。这项工作的动机之一是了解如何将这种效应纳入恒星质量体螺旋进入大质量黑洞产生的引力波模型中。在本文的前身，我们描述了一种技术，用于计算绑定轨道的旋转机构周围的黑洞的频域描述，可以非常精确地解决。在这篇论文中，我们提出了我们的方法的概述，以及目前的结果，轨道是偏心和近赤道（即，轨道的运动不超过偏离赤道平面的$\mathcal{O}(S)$）。在本文中，我们将这一提法完全通用的情况下-轨道是倾斜和偏心的，与小机构的自旋任意取向。我们计算这些轨道遵循的轨迹，并计算小天体的自旋如何影响重要的量，如可观测的轨道频率$Ω_r$，$Ω_θ$和$Ω_ϕ$。
2022-03-22 astro-ph.HE gr-qc
Periodic orbits as probes of charged loop quantum gravity black holes through gravitational waves
School of Science, Hunan Institute of Technology（湖南理工学院理学院）；Centre for Theoretical Physics, Jamia Millia Islamia（贾米亚米利亚伊斯兰大学理论物理中心）；Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematics, Statistics and Computer Science, University of KwaZulu-Natal（夸祖鲁-纳塔尔大学数学、统计与计算机科学学院天体物理学与宇宙学研究中心）
研究圈量子引力带电黑洞时空中极端质量比旋近的周期轨道，通过Levin-Perez-Giz分类和引力波波形分析，发现LQG参数影响波形振幅和相位，特征应变在毫赫兹波段超过LISA等探测器灵敏度。
2026-06-11 gr-qc
An Efficient Pseudospectral Method for the Computation of the Self-force on a Charged Particle: Circular Geodesics around a Schwarzschild Black Hole
描述一个恒星质量的致密物体螺旋进入位于银河系中心的大质量黑洞的过程，是未来天基引力波观测站LISA（激光干涉仪空间天线）的一个重大相关问题，因为来自这些系统的信号将隐藏在数据流中，需要精确的引力波模板来提取这些信号。描述这些系统的主要困难在于估计恒星质量致密天体对自身围绕大质量黑洞的轨道的引力效应，这可以建模为局部力的作用，即自作用力。本文提出了一种新的计算带电标量粒子绕非旋转黑洞运动的简化模型中自作用力的时域数值方法。我们使用一个多域的框架，在这样一种方式，即粒子位于两个域之间的界面，使粒子的存在和它的物理效应出现只有通过适当的边界条件。通过这种方式，我们完全消除了与分辨粒子的需要相关的小长度尺度的存在。该技术还避免了与数值计算的精度中的解的低可微性的影响相关联的问题。场方程的空间离散采用伪谱配置法，时间演化采用基于直线法的龙格-库塔法。我们展示了这种特殊的框架如何在时域中提供非常有效和准确的计算，这使得该技术适合于LISA的天体物理相关场景中所需的密集计算。
2009-04-14 astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Holes: A Review of Formation and Evolution
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文综述原始黑洞的形成与演化，强调相对论阈值、压实函数及量子反作用等基础物理，并指出极端曲率环境可阻止霍金蒸发，留下普朗克尺度遗迹，为下一代引力波观测提供暗物质候选证据。
2026-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
QPEs from Warped Disk Collisions with EMRIs: Brightness-Recurrence Diagram and Gravitational-Wave Follow-up
Wuhan University（武汉大学）；Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（天体生物学中心（CAB），西班牙国家航空航天技术研究委员会-国家航空技术研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao-Tong University（上海交大李政道研究所）；Shanghai Jiao-Tong University（上海交通大学）
提出极端质量比旋进与翘曲吸积盘碰撞模型，通过亮度-复发图解释准周期爆发的长短/强弱相关模式，并预测引力波可探测性。
2026-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Intermediate States in Chaotic Triple Evolution and Applications to Black Hole Merger Statistics
Racah Institute of Physics, The Hebrew University（雷卡物理研究所，希伯来大学）；Department of Astronomy, University of Wisconsin（天文学系，威斯康星大学）；Departamento de Astronomia, Universidad de Concepcion（天文学系，孔塞普西翁大学）
本文利用平衡统计力学重新推导椭圆结果分布，并与双曲分布结合，通过N体模拟验证，将椭圆结果模型简化为单参数，并应用于星团中重复双星-单星散射的蒙特卡洛算法，量化可观测偏心引力波合并的比例。
2026-10-20 astro-ph.HE gr-qc
