The astrophysical gravitational wave stochastic background
天体物理起源的引力波随机背景可能是恒星活动开始以来大量未分辨源叠加的结果。它的探测将对致密天体的物理性质、初始质量函数或恒星形成历史产生很强的约束。另一方面，它可能是一种“噪音”，会掩盖宇宙起源的随机背景。我们回顾了能够产生随机背景的主要天体物理过程，并讨论了它的统计特性如何与原始贡献不同。目前的检测方法也提出。
2011-08-04 astro-ph.CO gr-qc
Stochastic gravitational wave background anisotropies in the mHz band: astrophysical dependencies
我们表明，在兆赫波段的天体物理随机引力波背景的各向异性有很强的依赖于银河系和亚银河系物理的建模。我们探索了广泛的自洽天体物理模型的恒星演化和轨道参数的分布，所有校准，使他们预测相同数量的解决合并，以适应在LIGO/室女座O 1 +O2观测运行的检测数量。我们发现，不同的物理选择的过程中的黑洞崩溃和截止的黑洞质量分布给出分数差异的角功率谱的各向异性高达50%的所有角尺度。我们还指出，从各向异性中提取的天体物理信息是对各向同性背景和单个合并的补充。这些结果强调了兴趣的随机引力波背景的各向异性作为一个新的和潜在的丰富的研究领域，在天体物理学和宇宙学之间的十字路口。
2019-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
First predictions of the angular power spectrum of the astrophysical gravitational wave background
我们提出的第一个预测的角功率谱的天体物理引力波背景构成的辐射所发出的所有解决和未解决的天体物理源。它的形状和振幅取决于星系尺度上的天体物理性质和宇宙学性质。我们表明，角功率谱的行为作为$C_{\ell}\propto 1/{\ell}$在大尺度上和信号的相对波动是为了在100 Hz的30%。我们还给出了天体物理引力波背景与弱透镜和星系分布的相关性。这些数值结果为研究处于广义相对论、天体物理学和宇宙学交叉点的新观测量铺平了道路。
2018-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Cross-correlation of the astrophysical gravitational-wave background with galaxy clustering
我们研究了星系分布与天体物理起源的引力波背景之间的相关性。我们发现，这种背景的大角度尺度各向异性是由附近的非线性结构，这取决于众所周知的难以在小尺度上模拟星系的功率谱。与此相反，我们报告说，这个信号与星系目录的互相关只依赖于线性尺度，并可用于约束平均贡献的引力波背景作为时间的函数。利用基于简化模型的模拟数据，我们探讨了星系偏差、角分辨率和物质丰度对这些约束的影响。我们的研究结果表明，当与星系巡天相结合时，引力波背景可以成为引力波合并物理学和宇宙学的有力探测器。
2020-06-18 astro-ph.CO gr-qc
Circular Polarization of the Astrophysical Gravitational Wave Background
本文揭示了由未解析源泊松涨落产生的天体物理引力波背景圆偏振可被第三代干涉仪探测，并指出需利用频率和角依赖性清除该噪声以搜寻早期宇宙信号。
2023-07-10 astro-ph.CO gr-qc
Cross-correlating Astrophysical and Cosmological Gravitational Wave Backgrounds with the Cosmic Microwave Background
广义相对论为我们提供了一个非常强大的工具，从随机引力波背景（SGWB）中同时提取天体物理和宇宙学信息：与其他宇宙示踪剂的互相关，因为它们的各向异性具有共同的起源和相同的扰动测地线。在这封信中，我们探讨了宇宙学和天体物理学SGWB与宇宙微波背景（CMB）各向异性的互相关，表明未来的GW探测器，如LISA或BBO，有能力测量这样的互相关信号。我们还提出，作为一个新的工具，在这种情况下，约束实现地图的SGWBs提取的高分辨率CMB { \it普朗克}地图。这种技术允许，在低噪声制度，忠实地重建预期的SGWB地图开始从CMB测量。
2021-12-30 astro-ph.CO gr-qc
Projection effects on the observed angular spectrum of the astrophysical stochastic gravitational wave background
随机引力波背景的探测和表征是引力波实验的主要目标之一。观测到的SGWB将是来自宇宙学（正如许多描述早期宇宙物理学的模型所预测的那样）和天体物理学起源的GWs的组合，这将来自未解析源的GWs的叠加，这些源的信号太微弱而无法被检测到。因此，重要的是要有一个适当的建模的天体物理SGWB（ASGWB），以解开这两个信号，而且，这将提供更多的信息致密物体的天体物理特性。应用宇宙规则的形式主义，我们计算所观察到的ASGWB角功率谱，因此使用规范不变量，占干预源和观察者之间的所有影响。这些就是所谓的投影效应，包括Kaiser效应、多普勒效应和引力势效应。我们的研究结果表明，这些投影效应是最重要的，在最大的尺度，它们有助于高达百分之几十的角功率谱振幅，与凯泽项是最大的在所有尺度。虽然这些结果的确切影响将取决于仪器和天体物理学的细节，但ASGWB的精确理论模型必须包括所有这些投影效应。
2022-08-01 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysical constraints and insights on extended relativistic gravity
我们给出精确的细节来支持观测的引力透镜在个人，集团和星系团的尺度可以理解的非牛顿引力相互作用与爱因斯坦等效原理兼容的相对论结构。这个结果是在不知道引力场方程的基本结构的情况下，根据非常一般的理由导出的。因此，任何为处理这些天体物理尺度而建立的发达引力理论都需要重现本文所获得的结果。
2014-01-20 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Shot noise in the astrophysical gravitational-wave background
通过对星系分布和致密双星合并事件率的有限采样，我们计算了天体物理学引力波背景各向异性引起的噪声。这种散粒噪声导致角功率谱$C_\ell$中的尺度不变偏置项，为此我们推导出一个简单的解析表达式。我们发现，这种偏见占主导地位的真实宇宙学的功率谱在任何合理的观测方案，只有很长的观测时间和大量的前景源的去除可以恢复的真实功率谱。
2020-01-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The power of SKA to Constrain cosmological gravitational-wave backgrounds below the astrophysical foreground noise
本研究提出利用宇宙学引力波触发暗物质致密子晕形成的机制，借助即将建成的SKA约束子晕丰度，从而在天体物理前景噪声下将纳赫兹/微赫兹频段的宇宙学引力波能谱约束到更低水平，收紧新物理模型参数空间。
2025-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational probes of dark matter physics
暗物质的性质是粒子物理学中最紧迫的问题之一。然而，迄今为止，我们对暗区的所有知识都来自于它与天体物理系统的引力相互作用。此外，天文学的结果仍然有巨大的潜力来限制暗物质的粒子特性。我们引入了一个简单的二维参数空间，它根据粒子物理相互作用强度和新物理出现的特征天体物理尺度对模型进行分类，以促进粒子物理学和天文学领域之间的交流。我们调查了已知的天体物理异常，暗示非平凡的暗物质粒子物理，并提出了一个理论和观测计划，为未来的天体物理测量，将阐明暗物质的性质。
2018-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Detecting the anisotropic astrophysical gravitational wave background in the presence of shot noise through cross-correlations
引力波源的空间和时间离散性导致散粒噪声，在某些情况下，散粒噪声可能淹没测量引力波背景的各向异性的任何尝试。将引力波背景图与足够密集的星系巡天图进行交叉关联可以缓解这一问题，并可能恢复引力波背景的一些潜在性质。我们量化的散粒噪声水平，我们明确地表明，互相关的引力波背景和星系目录提高了第一次检测的背景各向异性的机会与引力波天文台在频率范围内（10 Hz，100 Hz），给予足够的灵敏度。
2020-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Ultralight dark matter: constraints from gravitational waves and other astrophysical observations
紧双星系统的轨道周期损失是引力波存在的第一个间接证据，它与爱因斯坦广义相对论有很好的一致性。然而，从一般相对论预测中测量轨道周期损失的不确定性小于1%。行星近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗延迟是对广义相对论的另外三个成功检验。虽然从一般相对论的预测中，这些观测的测量也存在不确定性。为了解决这些不确定性，我们假设辐射的超轻轴子和轻规范玻色子粒子的$L_i-L_j$类型的这些系统，可以是一个可能的候选人模糊暗物质。在这篇文章中，我们从这些天体物理观测中获得了新的物理参数的界。
2021-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Astrophysical Model Selection in Gravitational Wave Astronomy
引力波天文学的理论研究主要集中在可以从单个探测中提取的信息，例如双星系统的质量及其在空间中的位置。在这里，我们考虑如何从多个检测的信息可以用来约束天体物理人口模型。这个看似简单的问题是具有挑战性的高维性和高度的相关性的参数空间描述的信号，并通过天体物理模型的复杂性，这也可以依赖于大量的参数，其中一些可能不直接约束的观测。我们提出了一种约束人口模型的方法，使用层次贝叶斯建模方法，同时推断源参数和人口模型，并提供联合概率分布。我们说明了这种方法，考虑到约束，可以放置在人口模型银河白矮星双星使用未来的空间为基础的引力波探测器。我们发现，一个任务，能够解决约5000个最短周期的双星将能够限制人口模型参数，包括啁啾质量分布和特征星系盘半径在百分之几。这与现有的边界相比是有利的，在现有的边界中，对星系中恒星的电磁观测将盘半径限制在20%以内。
2012-09-27 astro-ph.CO gr-qc
The Dipole of the Astrophysical Gravitational-Wave Background
ΛCDM模型的主要支柱之一是宇宙学原理，它指出我们的宇宙在大尺度上是统计各向同性和均匀的。在这里，我们测试这一假设，使用天体物理引力波背景（AGWB）预计将测量的爱因斯坦望远镜宇宙探测器网络，特别是我们进行数值计算的AGWB偶极子，评估由于集群的内在贡献和观察者运动引起的运动学效应。我们应用一个组件分离技术在GW的上下文中解开运动偶极子，固有偶极子和散粒噪声（SN），在不同频率的AGWB的观察的基础上。我们展示了这种技术如何也可以在匹配滤波中实现，以最大限度地减少仪器噪声和SN的协方差。由于GW探测器基本上是全天空的，我们希望这个强大的工具可以帮助我们在未来测试宇宙的各向同性。
2022-12-05 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysical Prior Information and Gravitational-wave Parameter Estimation
探测到引力波的电磁对应物对许多科学问题的研究有很大的希望。长期以来，人们一直希望，除了提供关于这些信号来源的额外的非引力信息外，对电磁信号和引力波的检测可以帮助分析引力信号本身。也就是说，双星的天空位置、倾角和红移的知识可以打破这些外在的、依赖于坐标的参数和双星固有的物理参数（如质量和自旋）之间的简并。在本文中，我们调查这个问题，假设一个完美的知识的外部参数，并评估这种知识对我们的能力，以提取内部参数的最大影响。然而，我们发现只有适度的改善，在几个参数-即主要组件的自旋-并得出结论，即使在最好的情况下，使用额外的信息，从电磁观测并没有改善测量的内在参数显着。
2017-01-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Ultra-low frequency gravitational waves from cosmological and astrophysical processes
超低频引力波（${\lesssim 100\,\mathrm{nHz}}$）是理解低红移质量$\sim 10^{6}-10^{9}\,M_\odot$天体物理黑洞双星组装和演化的关键。这些GWs也提供了一个独特的窗口到各种各样的宇宙学过程。脉冲星定时阵列（PTA）开始在$\sim 1-100\,\mathrm{nHz}$测量这种随机信号，预计几个阵列的数据组合将在未来几年内确认检测。产生$\mathrm{nHz}$频率的引力辐射的主要物理过程仍然不确定。PTA观测目前无法区分一个二进制BH天体物理前景的宇宙学背景下，由于说，一阶相变的温度$\sim 1-100\,\mathrm{MeV}$在一个弱相互作用的黑暗部门。这封信探讨了在何种程度上纳入集成边界的超低频GW频谱的任何组合的宇宙微波背景，大爆炸核合成或天体测量观测可以帮助打破这种简并。
2021-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A unified view of anisotropies in the astrophysical gravitational wave background
在文献中，已经提出了不同的方法来计算天体物理引力波背景的各向异性。虽然从我们的工作Cusin，Pitrou，Uzan，Phys.Rev.D96，103019（2017）[1]开始，但导出的不同表达式似乎有所不同。本文比较了迄今为止提出的各种理论表达式，并提供了一个单独的推导基于玻尔兹曼方法。本文证明了文献中的所有理论公式在适当的项匹配和分部积分条件下是等价的，并可归结为文献[1]中的理论公式。在宇宙学背景下，对各向异性的各种预测之间的差异只能在于对源的天体物理学建模，而不是在理论上，也不是在对大尺度结构的宇宙学描述中。最后，我们评论规范表达式的不变性。
2020-03-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Measuring the anisotropies in astrophysical and cosmological gravitational-wave backgrounds with Taiji and LISA networks
本文评估 Taiji 与 LISA 空间探测器网络对随机引力波背景各向异性角功率谱的测量能力，显示其精度最高可提升十四个数量级，并分析宇宙方差与运动学偶极矩探测前景。
2024-09-13 astro-ph.CO gr-qc
Probing Primordial Stochastic Gravitational Wave Background with Multi-band Astrophysical Foreground Cleaning
原始随机引力波背景（SGWB）携带着早期宇宙物理学的第一手信息，可能包括暴胀效应、预热效应、宇宙弦效应、电弱对称破缺等。然而，致密双星的天体物理前景可能掩盖了SGWB，给探测和精确测量带来困难。在本文中，我们提出了一种前景清洗方法，利用引力波观测在其他频段。我们应用这种方法来探测与星载引力波探测器，如激光干涉仪空间天线（LISA）的SGWB。我们发现，来自致密双星（黑洞和中子星）的LISA波段天体物理前景的谱密度可以以10- 10级的精度预测，假设第三代GW探测器的10年观测，例如，宇宙探险家虽然这种多波段的方法不适用于二进制白矮星（BWD），通常合并之前，进入地面探测器的频带，我们限制我们的前景清理频率高于$\sim5$兆赫，所有银河系BWD可以单独解决LISA和形状的光谱密度的前景河外BWD可以重建和/或建模具有一定的不确定性。前景清理后，LISA对原始SGWB的灵敏度将大大提高，无论是两个LISA星座，其中SGWB可以通过互相关它们的输出测量或只有一个星座与三个航天器，其中SGWB可以通过对比信号通道和零通道的响应测量。
2020-10-14 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysical and Cosmological Relevance of the High-Frequency Features in the Stochastic Gravitational-Wave Background
本文提出利用中子星并合产生的随机引力波背景在kHz频段的峰值作为可观测量，通过马尔可夫链蒙特卡洛方法约束双星系统的天体物理参数并重建宇宙膨胀历史。
2024-04-03 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational waves $\times$ HI intensity mapping: cosmological and astrophysical applications
在宇宙学和天体物理学中增长最快的两个观测量是引力波（GW）和中性氢（HI）分布。在这项工作中，我们研究了解决引力波探测和HI信号的强度映射（IM）实验之间的互相关。通过使用角功率谱的层析成像方法，包括所有的投影效应，我们探索了爱因斯坦望远镜和SKAO强度映射调查相结合的可能应用。我们专注于三个主要议题：观测到的红移分布的GWs的\textit{(i)}统计推断; \textit{(ii)}约束动力学暗能量模型作为宇宙学研究的一个例子; \textit{(iii)}确定合并的二元黑洞的祖先的性质，区分原始和天体物理起源。我们的研究结果表明：\textit{(i)}--GW红移分布可以在低红移下以良好的精度进行校准，而不需要对宇宙学或天体物理学进行任何假设，潜在地提供了一种探测天体物理学和宇宙学模型的方法; \textit{(ii)}--对动力学暗能量参数的约束与仅使用IM的实验具有竞争力，以互补的方式并且潜在地具有较少的系统性; \textit{(iii)}，将有可能在已解决的合并产生的引力波中探测到相对少量的原始黑洞。我们的研究结果扩展到$\mathrm{GW \times IM}$的多跟踪宇宙学和天体物理学，它的主要优点是允许科学调查的方式，将不可能通过单独查看单个观测。
2022-01-10 astro-ph.CO gr-qc
The Probability Distribution of Astrophysical Gravitational-Wave Background Fluctuations
紧凑双星的合并预计将产生一个随机背景的引力波（GW）观测与未来的GW探测器。这样的背景通常由其作为频率的函数的功率谱来表征。在这里，我们提出了一种方法来计算全1点分布的应变波动。我们专注于时间序列数据，但我们的方法推广到频域。我们说明如何这个概率分布可以数值计算。此外，我们推导出精确的解析渐近表达式的大应变尾部，这表明它是由最近的源占主导地位。作为一个应用程序，我们计算的应变波动的分布所产生的天体物理GW背景的致密恒星在宇宙中的二进制合并，和所观察到的混乱的背景下，从信号减去明亮的，解决了源的分布。我们量化了它们偏离高斯分布的程度。我们的方法可能是有用的随机GW背景的频谱形状重建。
2020-08-11 astro-ph.CO gr-qc
Stochastic gravitational-wave background as a tool to investigate multi-channel astrophysical and primordial black-hole mergers
合并的二元黑洞的形成可以通过多个天体物理通道发生，例如，孤立的二元进化和动力学形成，或者，有一个原始的起源。越来越大的双黑洞合并的引力波目录允许不同的理论预测之间的第一个模型选择研究，以限制他们的一些模型的不确定性和分支比。在这项工作中，我们将展示如何添加一个额外的和独立的约束模型选择使用随机引力波背景。与模型选择分析相比，模型选择分析的鉴别能力仅限于引力波探测器视界（目前LIGO-Virgo的红移为$z\lesssim 1$），随机引力波背景解释了宇宙中所有引力波信号的红移积分。作为一个工作的例子，我们认为分支比的结果，从模型选择研究，包括潜在的贡献，从天体物理和原始渠道。我们重新归一化的相对贡献，每个通道的检测事件率计算总的随机引力波背景能量密度。预测的振幅低于LIGO-Virgo目前对GWTC-2的观测上限，这表明模型选择分析的结果不受当前背景限制的影响。此外，给定一组人口模型和推断的分支比，我们发现，即使预测的背景不会被当前一代的引力波探测器探测到，它将被第三代探测器，如爱因斯坦望远镜和天基探测器，如LISA。
2021-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Compact Binary Coalescences in the Band of Ground-based Gravitational-Wave Detectors
随着地面引力波望远镜LIGO，Virgo和GEO 600接近第一次探测的时代，我们回顾了合并中子星和黑洞双星的合并率和质量和自旋分布的现有知识。我们强调引力波天文学和传统天体物理学之间的双向联系。天体物理学的投入将使人们有可能就最佳探测器配置和搜索技术作出明智的决定。与此同时，速率上限、探测到的合并速率以及引力波搜索测量的质量和自旋分布将通过与天体物理模型的比较来约束天体物理参数。未来的发展必要的引力波天文学的成功进行了讨论。
2010-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Can we distinguish astrophysical from primordial black holes via the stochastic gravitational wave background?
区分天体物理学黑洞和原始黑洞的关键窗口之一是通过它们各自合并速率的红移演化。天体物理学起源的低红移黑洞人口预计将遵循恒星形成率。它们的合并率峰值的红移小于恒星形成率峰值（$z_p \approx 2$），这取决于黑洞形成和合并之间的时间延迟。原始起源的黑洞将在恒星形成之前就存在，并且这些源在高红移时的合并率将会很大。我们提出了一个联合估计的混合合并率从随机引力波背景，它可以使用合并率的宇宙历史来区分两个人口的黑洞。利用LIGO/Virgo第三次观测的随机引力波背景振幅的最新界，我们得到了$68\%$ C. L.对原始黑洞合并速率指数$2.56_{-1.76}^{+1.64}$和天体物理黑洞时间延迟$6.7_{-4.74}^{+4.22}$ Gyr.我们应该能够区分不同的黑洞群体与即将到来的O 5和A+探测器的灵敏度。
2021-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Anisotropy of the astrophysical gravitational wave background: analytic expression of the angular power spectrum and correlation with cosmological observations
未分辨和分辨的引力波源是随机引力波背景的起源。虽然在均匀和各向同性的宇宙中计算其平均密度作为频率的函数是标准的知识，但计算其各向异性需要理解从局部系统到星系尺度，然后到宇宙学的粗粒化。导出了适用于任何一般时空的引力波能量密度的表达式。然后，它被专门用于扰动的弗里德曼-勒梅特时空，以确定这种随机背景的角功率谱，以及它与其他宇宙学探测的相关性，如星系数计数和弱透镜。我们的角功率谱的结果也提供了一个表达式的方差的引力波的背景。
2018-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Confusion noise from astrophysical backgrounds at third-generation gravitational-wave detector networks
本文提出一种从第一性原理表征第三代引力波探测器网络中天体物理混淆噪声的方法，通过重建并减去已分辨源后计算探测器对相关性来评估其对宇宙学背景搜寻的影响，并给出与搜寻无关的上限及实际效应示例。
2024-11-06 astro-ph.CO gr-qc
Modeling maximum astrophysical gravitational recoil velocities
我们测量的反冲速度作为自旋的函数的等质量，高自旋的黑洞双星，自旋在轨道平面，大小相等，方向相反。我们证实了首阶效应在自旋和自旋方向与入轨方向夹角的余弦上是线性的。我们发现高阶修正与这个角度的自旋和余弦的奇次方成正比。考虑到这些修正，我们预测最大后坐力为3680 ± 130 km/s。
2010-11-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Frequency-Domain Distribution of Astrophysical Gravitational-Wave Backgrounds
Technion -- Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
针对离散天体物理源形成的随机引力波背景，本研究提出傅里叶空间方法计算其频域分布，推导相关分布特征并验证致密星并合信号的幂律拖尾，明确亮源扣除对噪声的高斯化效果，结论可推广至同类离散相干源引力波背景。
2024-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tomographic constraints on the production rate of gravitational waves from astrophysical sources
使用最优二次估计器分析LIGO-Virgo与星系层析数据，未发现显著交叉相关，但对天体物理源引力波产生率密度随宇宙时间变化施加了约束，并指出未来实验有望实现探测。
2024-06-27 astro-ph.CO gr-qc
The Stochastic Siren: Astrophysical Gravitational-Wave Background Measurements of the Hubble Constant
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校宇宙高级研究中心）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Kavli Institute for Cosmological Physics, The University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）
利用双黑洞并合产生的随机引力波背景，首次测量哈勃常数并缓解哈勃张力问题。
2026-09-01 astro-ph.CO gr-qc
The Astrophysical Gravitational Wave Background in the mHz band is likely dominated by White Dwarf binaries
本研究更新了河外白矮星双星模型，发现其产生的引力波背景振幅比早期估计高约60%，并确认白矮星双星在mHz频段占主导地位。
2024-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: Predictions for the detection of compact binaries by LIGO and Virgo
我们开发了一个详细的各向异性模型的天体物理引力波背景，包括两个恒星质量的黑洞，两个中子星，或每一个，预计将是最强的贡献在LIGO-Virgo频段的二进制合并。角谱的各向异性，量化的$C_\ell$组件，计算使用两种互补的方法：（i）一个简单的，封闭形式的解析表达式，和（ii）一个详细的数值研究，使用一个全天空模拟光锥星系目录的千年模拟。这两种方法在大角度尺度上非常一致，在较小尺度上相差一个阶数。这些各向异性的幅度要比宇宙微波背景的温度大得多，这证实了对这些各向异性进行建模是很重要的，并表明这是未来理论和观测工作的一个有希望的途径。
2018-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Improving the detection sensitivity to primordial stochastic gravitational waves with reduced astrophysical foregrounds. II. Subthreshold binary neutron stars
针对第三代引力波探测器中阈下双中子星前景限制原初SGWB探测的问题，提出利用可探测BNS群体和轨道倾角各向同性估计阈下前景能量密度，模拟显示可达百分比级精度。
2025-01-07 astro-ph.CO gr-qc
Analyzing clustering of astrophysical gravitational-wave sources: Luminosity-distance space distortions
本文给出了三维空间中观测到的引力波（GW）源数密度涨落的一个公式。在GW观测中，每个GW源的红移识别是一个具有挑战性的问题，特别是对于高红移源。使用观测到的光度距离作为距离指示器将是用于测量聚类信号的简单但最佳的方式。我们推导出GW源的密度波动估计从观测到的光度距离和天空位置的每个源。密度波动被扭曲，类似于星系巡天中所谓的红移空间扭曲，但有几个不同之处。然后，我们显示了两点关联函数和多极功率谱的失真效应的存在。我们发现，视线的衍生物的透镜收敛，这不会出现在红移空间失真，导致显着的失真，在观察到的关联函数。此外，透镜效应还影响高阶多极功率谱及其在高红移下的信噪比。
2021-01-12 astro-ph.CO gr-qc
Statistical Issues in Astrophysical Searches for Particle Dark Matter
在这篇评论中出现的粒子暗物质，即间接检测（暗物质湮灭成标准模型粒子）或直接检测（暗物质粒子散射在深地下探测器）的天体物理搜索的统计问题进行了讨论。这些搜索的一个特别方面是在滋扰参数（天体物理因素），是退化的参数（质量和湮灭/衰变截面的粒子）非常大的不确定性的存在。的可能性的方法已成为最强大的工具，提供至少一个动机良好的方法，将滋扰参数，并通过允许优于更传统的数据叠加的目标的组合，增加实验的灵敏度。天体物理学搜索中出现的其他统计挑战在很大程度上类似于任何新的物理学搜索，例如在对撞机上，一个主要的例子是计算试验因子。频率论方法主要用于假设检验和区间估计，贝叶斯方法用于冗余参数估计和复杂参数空间中的参数估计。基本的统计概念将被揭露，从实验搜索和警告将指出具体的例子说明。
2014-10-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
4.45 Pflops Astrophysical N-Body Simulation on K computer -- The Gravitational Trillion-Body Problem
作为2012年Gordon-Bell性能奖的参赛作品，我们报告了在K计算机全系统上进行的一万亿粒子天体物理N体模拟的性能结果。这是世界上第一个引力万亿物体模拟。我们描述了科学动机、数值算法、并行化策略和性能分析。与以前许多使用树算法进行天体物理N体模拟的戈登-贝尔奖得主不同，我们使用混合TreePM方法，以获得类似的精度水平，其中短程力由树算法计算，而长程力由粒子网格算法求解。我们开发了一个高度调谐的引力核短程力，和一个新的通信算法的远程力。在24576和82944节点的K机上，平均性能分别为1.53和4.45Pflops，相当于峰值速度的49%和42%。
2015-04-13 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.comp-ph
Gravitational Waves: the theorist's Swiss knife
引力波提供了一种新颖而强大的方法来测试紧凑物体的天体物理模型，早期宇宙过程，超越标准模型粒子物理学，暗物质候选者，爱因斯坦的广义相对论和扩展引力模型，甚至量子引力候选理论。我们将简要介绍引力波背景和我们用来探测它的方法。将讨论引力波背景的不可探测性对各种天体物理学/宇宙学模型的限制。从瞬变的引力波将被突出，其物理意义将被总结。
2022-02-01 astro-ph.CO gr-qc
Uncertainty and bias of cosmology and astrophysical population model from statistical dark sirens
来自一个合并的致密双星的引力波（GW）辐射是一个标准的警报器，因为每个事件的光度距离可以直接从信号的振幅测量。使用GW警报器约束宇宙学的一种可能性是对二元黑洞（BBH）事件进行统计推断。从本质上讲，这种统计方法可以被视为如下。我们可以通过改变宇宙学参数来修改观测到的BBH事件分布的形状，直到它最终与从天体物理学人口模型构建的分布相匹配，从而使我们能够确定宇宙学参数。在这项工作中，我们推导出Cramér-Rao界的宇宙学参数和那些管理的天体物理人口模型从这个统计暗警报方法通过检查事件分布中包含的Fisher信息。我们的研究提供了分析性的见解，并能够快速而准确地估计暗警报宇宙学的统计准确性。此外，我们认为在宇宙学的偏见，由于未建模的子结构的合并率和质量分布。我们发现天体物理模型中的$1\%$偏差会导致哈勃常数的误差大于$1\%$。当探测到超过$10^4$ BBH事件时，这可能会限制暗警报宇宙学的准确性。
2022-06-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave dark sirens as astrophysical probes: inferring galaxy-merger relations and identifying individual hosts
Aix-Marseille Université, Université de Toulon, CNRS, CPT（艾克斯-马赛大学、土伦大学、法国国家科学研究中心、理论物理中心）
本研究将引力波暗 sirens 技术从宇宙学工具拓展为天体物理探针，通过分层框架同时推断致密双星在星系中的分布及单个宿主，并验证了 GW170817 的宿主识别能力。
2026-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the Solution to the "Frozen Star" Paradox, Nature of Astrophysical Black Holes, non-Existence of Gravitational Singularity in the Physical Universe and Applicability of the Birkhoff's Theorem
Oppenheimer和Snyder在1939年发现真空中的引力坍缩产生了一颗“冰冻星”，即，坍缩的物质只是渐近地接近质量的引力半径（事件视界），但对于外部观察者来说，在有限的时间内从未穿过它。基于我们最近发表的关于外部观测者在物理宇宙中的引力坍缩问题的文章，本文报道了以下结果：（1）物质确实可以在有限时间内落过事件视界，因此物理宇宙中的黑洞不是“冻结星”而是在引力坍缩中形成的。(2)落入天体物理学黑洞的物质永远不可能到达确切的中心;物质的确切内部分布取决于坍缩过程的历史。因此，引力奇点在物理宇宙中并不存在。(3)任何半径处的度量都由物质的全球分布决定，即，不仅是在给定半径内的物质，甚至在球对称和无压的引力系统中。这与牛顿引力理论和对Birkhoff定理的一般理解有着本质的区别。对于外部观察者来说，这个结果并不符合“Lemaitre-Tolman-Bondi”解。
2010-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: The impact of black hole distributions
我们使用人口推断探索的影响，在双黑洞（BBH）的分布的不确定性上的天体物理引力波背景（AGWB）。我们的研究结果表明，AGWB谱是敏感的BBH人口的性质（特别是当地的合并率），而各向异性的$C_\ell$频谱仅修改到百分之几，在一个水平，这是微不足道的相比，其他来源的不确定性（如宇宙方差）。这对AGWB未来的观测研究来说是非常有希望的消息，因为它表明：（i）在整个宇宙历史中，可以将ESTA用作紧凑物体种群的新探测器，补充LIGO和Virgo的直接观测;（ii）即使对黑洞种群只有非常近似的了解，我们也能够对$C_\ell$光谱做出令人惊讶的稳健预测。因此，AGWB各向异性具有巨大的潜力，可以作为宇宙大尺度结构的新探测器，以及一般的晚期宇宙学。
2019-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial black hole collision with neutron stars and astrophysical black holes and the observational signatures
本文研究低质量原初黑洞作为暗物质候选者的可行性，推导其与中子星和黑洞的碰撞与捕获动力学，评估了碰撞率及引力波信号，指出尽管当前探测器灵敏度不足，未来仍有望在宇宙学尺度上观测到此类事件。
2023-11-21 astro-ph.CO gr-qc
Polarization of a stochastic gravitational wave background through diffusion by massive structures
传统上用于研究引力波在弯曲背景上传播的几何光学近似在紧凑和扩展的天体附近失效，在那里会发生像扩散和偏振产生这样的波动效应。我们提供了一个框架来研究在非均匀宇宙中传播的引力波的随机背景偏振的产生。该框架是通用的，可以适用于宇宙学和天体物理引力波背景在任何频率范围。我们推导出一个数量级的宇宙学和天体物理背景下产生的偏振量的估计，在目前和计划中的引力波实验所覆盖的频率范围。对于PTA和LISA波段中的天体物理背景，所产生的偏振量被相对于各向异性的因子$10^{-4}$ $(10^{-5})$抑制。对于宇宙学背景，我们得到了额外的$10^{-2}$抑制。我们推测使用我们的方法来映射宇宙中（不可分辨的）结构的分布。
2018-09-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Stochastic backgrounds of gravitational waves from extragalactic sources
天体物理源在恒星和星系形成开始以来发生的各种各样的过程中发射引力波。这些波渗透到我们的高红移宇宙中，并形成一个背景，这是不同成分叠加的结果，每个成分都与特定的天体物理过程有关。每种成分都有不同的光谱特性和特征，考虑到未来可能的检测，研究这些特性和特征很重要。在这篇文章中，我们将回顾最近的理论预测的背景所产生的河外源，并讨论其可探测性与当前和未来的引力波天文台。
2010-05-06 astro-ph.CO gr-qc
Boltzmann equations for astrophysical Stochastic Gravitational Wave Backgrounds scattering off of massive objects
这项工作提出了一套耦合玻尔兹曼方程描述的强度和偏振斯托克斯参数的SGWB。碰撞条款，占重力康普顿散射的大质量物体，也包括在内。这个集合类似于CMB斯托克斯参数，但是引力辐射的不同自旋性质和散射过程中涉及的物理决定了关键的差异。在这种情况下，由于横截面的卢瑟福角依赖性，所有$\ell$阶的SGWB强度多极子被散射出去，如果它们存在于入射辐射中，则产生任何阶的出射强度各向异性$\ell$。另一方面，SGWB线性偏振模式可以在具有$m=\pm 4$和$\ell\ge 4$的球谐函数的基础上展开。这意味着SGWB偏振模式可以仅用$m=\pm 4$从非偏振各向异性辐射产生，因此在入射强度中需要至少十六极各向异性（$\ell\ge 4$）。假设一个简化的玩具模型，我们解析求解耦合玻尔兹曼方程组得到明确的表达式的强度和偏振角功率谱。我们确认的贡献的引力康普顿散射的SGWB各向异性是非常小的碰撞与紧凑的物体在当前和即将到来的调查的频率范围。这里提出的耦合玻尔兹曼方程的系统提供了一种方法，以准确估计由多个SGWB散射过程产生的各向异性的总量关闭大质量的物体，以及偏振和强度之间的相互作用，在GW传播整个LSS的宇宙。这些结果将有助于在未来的引力波观测站全面处理天体物理SWGB各向异性。
2023-02-05 astro-ph.CO gr-qc
Bayesian leave-one-out cross-validation for astrophysical model comparison using gravitational-wave background data
University of Canterbury（坎特伯雷大学）
本文通过贝叶斯留一验证比较四个模型，探讨超大质量黑洞二元系统对脉冲星计时阵列引力波背景的影响，发现简化模型在所有频率区间表现更优。
2026-07-10 astro-ph.CO physics.data-an
Astrophysical motivation for directed searches for a stochastic gravitational wave background
我们预期邻近的宇宙会产生一个各向异性的随机引力波背景（SGWB）。不同的算法已经被开发和实现，以搜索各向同性和各向异性的SGWB。本文的目的是量化的优势，最佳的各向异性搜索，特别是比较点源与各向同性背景。星系团在地面激光干涉仪探测器网络中表现为点源。这些源的最佳搜索策略是“定向辐射计搜索”。我们发现，在室女星系团的毫秒双星创建的SGWB流量产生一个显着更强的信号比近各向同性的背景下未解决的同类来源。我们计算了它们在不同宇宙学下的应变功率谱和在红移上的布居数分布。我们的结论是，一个本地化的源，如室女星系团，可以解决从各向同性背景具有非常高的意义，使用定向搜索算法。对于附近的源占主导地位的背景，红移约为3，我们表明，定向搜索一个本地化的源可以有信噪比超过所有的天空综合各向同性搜索。
2014-04-30 astro-ph.CO gr-qc
False Alarm Rates in Detecting Gravitational Wave Lensing from Astrophysical Coincidences: Insights with Model-Independent Technique GLANCE
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究通过GLANCE技术分析引力波源属性对误报率的影响，发现约0.01%的事件可能被错误分类为透镜事件，探讨了未来下一代引力波探测器的应用前景。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational lensing with $ f(χ)=χ^{3/2} $ gravity in accordance with astrophysical observations
在这篇文章中，我们执行的引力度规理论的引力$ f(χ) = χ^{3/2} $由Bernal等人（2011）开发的二阶摄动分析。我们表明，该理论详细地说明了两个观测事实：（1）在螺旋星系中观察到的Tully-Fisher关系相关的平坦旋转曲线的现象，以及（2）在星系和星系群中观测到的引力透镜的细节，而不需要任何暗物质。我们展示了如何所有的动力学观测平旋转曲线和引力透镜可以合成的经验所需的度量系数的任何度量理论的重力。我们构造了相应的度量分量的理论在二阶微扰，这是完全兼容的经验推导的。它还表明，根据提出的理论，为了获得一个完整的完全符合观测结果，一个特定的签名的黎曼张量必须选择。这个签名对应于当今相对论中最广泛使用的签名。此外，一个计算程序，MEXICAS（公制扩展重力合并通过计算机代数系统）的代码，开发其使用的计算机代数系统（CAS）Maxima的工作扰动的重力度量理论，并公开提供。
2013-04-29 astro-ph.CO gr-qc
Probing astrophysical environment with eccentric extreme mass-ratio inspirals
本文研究暗物质晕中黑洞的偏心极端质量比旋近系统，计算引力波通量与轨道参数演化，并估计相位偏移，揭示低频探测器在探测此类环境中的关键作用。
2023-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Stochastic Limit of Growing Gravitational Wave Memory from Sources in the Early Universe and Astrophysical Sources
University of Michigan（密歇根大学）
研究早期宇宙及天体物理源中生长型引力波记忆的随机极限，揭示其时间增长特性及在数据提取中的应用。
2026-03-02 astro-ph.CO gr-qc math.DG
Impact of astrophysical binary coalescence timescales on the rate of lensed gravitational wave events
在红移$z\geq 1$处，透镜化的引力波源的预期事件率与合并率成比例，其中透镜化的光学深度很高。通常认为天体物理致密天体的合并速率与恒星形成速率密切相关，恒星形成速率在红移$z\sim 2$附近达到峰值。然而，不确定性的一个主要来源是致密物体形成和合并之间的延迟时间。我们探讨了延迟时间对透镜事件发生率的影响。结果表明，随着延迟时间的增加，引力波源合并率的峰值被推迟到一个较低的红移。这导致可由引力波探测器探测的透镜事件的事件率降低。我们表明，延迟时间约为$10$陀螺仪或更大，透镜事件率可以小于每年一个LIGO/处女座的设计灵敏度。我们还估计了不同延迟时间场景的透镜亚阈值的合并率，发现对于较大的延迟时间，透镜亚阈值事件的数量减少，而对于小延迟时间模型，它们显着更频繁。该分析首次表明，透镜是一个互补的探针，探索不同的形成渠道的二元系统，利用透镜事件率从良好的检测事件和亚阈值事件，这是可测量的使用引力波探测器网络。
2021-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
