Measuring Hubble Constant with Dark Neutron Star-Black Hole Mergers
从中子星-黑洞（NSBH）标准塞壬中探测引力波（GW）可以提供哈勃常数（$H_0$）的局部测量，而不考虑电磁（EM）对应物的探测：GW中物质项的存在打破了质量参数和红移之间的简并性，允许同时测量光度距离和红移。尽管潮汐扰动的NSBH系统可以具有EM发射，但是在下一代GW探测器的时代，EM对应物的探测前景将限于光学中的$z < 0.8$。然而，独特的合并形态和高红移检测潮汐中断NSBH使他们有前途的标准警笛候选人，这种方法。利用最近NICER和LIGO/Virgo/KAGRA多信使观测对NS状态方程的约束，我们展示了仅从NSBH系统的GW观测测量$H_{0}$的前景，可以通过爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE）探测器实现。我们首先分析单个事件，以量化高频（$\ge$ 500 Hz）潮汐扭曲对NS潮汐变形性参数（$Λ$）的推断，从而对$H_0$的影响。我们发现，破坏性的合并可以约束$Λ$到$\mathcal{O}(60\%)$更精确地比非破坏性的。然而，该精度不足以对单个事件的$H_0$施加严格的约束。通过对ET+CE探测器中不同的模拟NSBH数据集（直至$N=100$事件，对应于从几个小时到一天的观测时间尺度）进行贝叶斯分析，我们发现NSBH系统在估计$H_0$（68%可信区间）时具有4%-13%的无偏精度。这是在分析LVKC O 5时代NSBH合并与EM合并人群的研究中发现的…
2022-07-24 astro-ph.CO gr-qc
Measuring a Black Hole's Area Immediately after Merger: A Direct-Wave Test of Hawking's Area Law
University of Cambridge（剑桥大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
提出一种引力波方法，利用合并后直接波推断克尔等效视界面积，应用于GW250114，在峰值前3-4.5M的分析得到与克尔残余一致的面积，首次实现直接波面积测量并检验霍金面积定律。
2026-06-04 astro-ph.HE gr-qc
Strongly lensed type Ia supernovae as a precise late-universe probe of measuring the Hubble constant and cosmic curvature
强透镜Ia型超新星（SNe Ia）在测量多幅图像的时间延迟方面具有一定的优势，有望成为一种强大的后宇宙宇宙学探测器。在本文中，我们模拟了一个样本的透镜SNe Ia与时间延迟测量的时代的遗产调查的空间和时间（LSST）。基于距离求和规则，我们利用透镜Ia超新星对宇宙晚期的哈勃常数$H_0$和宇宙曲率参数$Ω_K$进行了与模型无关的约束.我们发现，如果可以观察到20个透镜状的Ia超新星，对$H_{0}$的约束优于SH0ES合作的测量。当透镜Ia超新星的事例数增加到100时，$H_{0}$的约束精度与普朗克2018年的结果相当。以200个透镜状Ia超新星事件作为乐观估计，得到了$ΔH_0=0.33$ $\rm km\ s^{-1}\ Mpc^{-1}$和$ΔΩ_K=0.053$。此外，我们还模拟了不同情况下的透镜类星体，并进行了比较，发现它们仍然是一种有用的宇宙学探测器，尽管它们的约束精度远低于透镜类星体。在LSST时代，对Ia超新星和类星体的时间延迟测量有望得到$ΔH_0=0.26 ~\rm km\ s^{-1}\ Mpc^{-1}$和$ΔΩ_K=0.044$的结果。
2022-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Measuring the polarization content of gravitational waves with strongly lensed binary black hole mergers
其他引力理论预测引力波最多有六种不同的偏振模式。引力波的强引力透镜效应使我们能够通过有效地增加来自同一天体物理源的观测次数来探测这些信号的偏振内容。由于多个观察到的透镜化图像与地球的旋转相结合而导致的透镜化时间延迟允许相对于源位置来定义有效的非共置干涉仪，并且因此利用更多的观察来探测替代偏振振幅。为了测量这些振幅，我们联合适合的图像观测到一个单一的引力波信号模型，考虑到图像放大率，时间延迟，和偏振模式振幅。我们表明，对于某些系统，我们可以进行测量的相对模式振幅透镜事件与两个可检测的图像。
2022-11-02 astro-ph.HE gr-qc
Constraining population synthesis models via empirical binary compact object merger and supernovae rates
观测到的超新星（SN）和双致密天体（DCO）样本为人口合成模型提供了几个关键约束：这些模型的参数必须仔细选择，以重现，除其他因素外，（i）双中子星（NS-NS）双星和白矮星-中子星（WD-NS）双星的形成速率，从双星样本估计，II型和Ib/c超新星速率。即使考虑到观测和理论预测中的不确定性，我们也发现只有少数合理的人口合成模型（约9%）与根据观测经验确定的DCO和SN率一致。作为一个概念的证明，我们描述的信息，可以提取人口合成模型给出这样严格的观测测试，包括令人惊讶的良好协议与脉冲星自行测量推断的中子星踢分布。在目前的研究中，我们发现，目前的观测约束有利于：踢描述的一个单一的麦克斯韦与一个典型的速度约300公里/秒;质量损失分数在非保守的，但稳定的，质量转移事件约90%;和共同的包络参数约0.2-0.5。最后，我们使用的天体物理学一致的模型的子集来预测黑洞-中子星（BH-NS）和NS-NS二进制合并在银河系和附近的宇宙，假设银河系类星系占主导地位的速率。（节录）
2007-09-20 astro-ph gr-qc
Measuring properties of primordial black hole mergers at cosmological distances: effect of higher order modes in gravitational waves
原始黑洞（PBH）可能是在大爆炸后不久由物质超密度坍缩而形成的。人们可以通过观测在高红移$z\gtrsim 30$处合并的PBH双星的引力波（GW）辐射来识别它们的存在，在高红移处天体物理学双星黑洞（BBH）不太可能合并。下一代地面GW探测器，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够观察到总质量为$\mathcal{O}(10-100)~M_{\odot}$的BBH在这样的红移。本文作为arXiv：2108.07276的姊妹论文，重点关注波形建模中高阶模（HoM）对源参数估计的影响，这些高阶模可能对这些高红移BBH是可检测的。我们进行贝叶斯参数估计，以获得测量的不确定性与和没有HoM建模的波形源具有不同的总质量，质量比，轨道倾角和红移观察到的下一代GW探测器网络。我们表明，包括HoMs的波形模型减少了红移和质量的不确定性的两个因素，这取决于确切的源参数。然后，我们讨论了识别PBH与改进的单事件测量的影响，并扩大调查的模型依赖性之间的相对丰度的BBH合并起源于第一恒星和原始BBH合并arXiv：2108.07276所示。
2022-10-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Measuring the nuclear equation of state with neutron star-black hole mergers
本研究提出采用非参数高斯过程先验的核状态方程推断新方法，结合引力波与电磁选择效应模拟发现，O5灵敏度探测器网络可高精度约束中子星半径、最大质量及状态方程关联长度，为核状态方程研究提供新途径。
2024-07-09 astro-ph.HE gr-qc
The Proper Motion of Strongly Lensed Binary Neutron Star Mergers in LIGO/Virgo/Kagra can be Constrained by Measuring Doppler Induced Gravitational Wave Dephasing
本文研究强引力透镜双中子星并合，提出通过比较两个引力波像的相位来约束源-透镜系统相对横向速度，并预测在A+和A#灵敏度下可探测退相特征，首次测量可能几年内实现。
2025-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring the Hubble constant with neutron star black hole mergers
对GW 170817的探测和对它的宿主星系的识别，使得人们能够对哈勃常数进行第一次标准的塞壬测量，其不确定度为$\sim 14\%$。随着更多的中子星探测和红移测量的进行，不确定性将缩小。联合探测的数量和每个事件的光度距离的不确定性将是主要因素。中子星黑洞合并也是先进的LIGO和Virgo的有希望的来源。如果黑洞自旋引起轨道平面的进动，光度距离和轨道倾角之间的简并性被打破，导致更好的距离测量。此外，由于质量较大，中子星黑洞源可以在更远的距离观察到。中子星黑洞也可以发射电磁辐射：根据黑洞的自旋和质量比，中子星可以被潮汐破坏，导致电磁辐射。我们量化的距离不确定性的黑洞的质量，自旋和方向的范围很广，并发现1- $σ$统计不确定性可以达到$\sim 10$的一个因素，优于一个非旋转的二进制中子星合并具有相同的信噪比。更好的距离测量，更大的引力波可探测体积，和潜在的明亮的电磁辐射，意味着旋转的黑洞中子星双星可以是最佳的标准警报源，只要它们的天体物理速率大于$O(10)$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$，一个值允许当前的天体物理约束。
2018-06-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dynamics and Equation of State Dependencies of Relevance for Nucleosynthesis in Supernovae and Neutron Star Mergers
中子星（NS）和黑洞（BH）是在恒星核心的最终坍缩终止了质量大于9 Msun的恒星的生命时诞生的。这可能引发核心坍缩超新星（CCSN）中大部分恒星物质的强烈喷射，其极端亮度由放射性同位素（如56 Ni和56 Co）的衰变提供能量。当在近距离双星系统中演化时，这种地狱般灾难的紧密遗迹在轨道上螺旋式地相互靠近，并通过引力波发射逐渐衰减。最终，两个组成部分的猛烈碰撞形成了一个更大的，快速旋转的残余物，再次伴随着大量物质的喷射。这些合并事件可以通过带有余辉的伽马射线的高能爆发和称为千诺瓦的电磁瞬变来观察，这些伽马射线辐射出新组装的快速中子捕获元素的放射性衰变中释放的能量。CCSNe和致密天体并合（COMs）都是重元素核合成的重要场所，通过它们的质量抛射以及抛射物中发生的核反应和中微子反应，在宇宙物质循环和星系化学富集历史中发挥着核心作用。NS物质的核物质状态方程（EoS），从富含中子到质子占主导地位的条件，温度范围从零到~100 MeV，是这些天体物理现象的重要组成部分。它决定了它们的动力学过程，它们的残余性质，甚至在决定NS或BH的水平上，以及中微子的相关发射的性质，中微子的相互作用决定了最里面的喷出物中核合成反应的热力学条件和中子与质子的比率。本章讨论了CCSNe和COM中相应的EoS依赖关联效应。（略有删节）
2023-02-20 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Measuring gravitational waves from binary black hole coalescences: II. the waves' information and its extraction, with and without templates
讨论了从探测到的双黑洞合并引力波中提取信息的问题，重点讨论了在逐渐螺旋后和环缩前的合并阶段。我们的结果是：（1）如果数值相对论模拟在LIGO/VIRGO探测BBH之前没有产生模板合并波形，则可以对合并波进行带通滤波。对于小于约40个太阳质量的BBH，通过它们的螺旋波检测到，带通滤波信噪比表明，合并波通常应该在初始和先进的LIGO干涉仪的噪声中几乎不可见。(2)我们推导出一个优化的（极大似然）方法，用于从嘈杂的检测器输出中提取最适合的合并波形;一个“垂直投影”这个输出到一个函数空间（指定使用小波），结合了我们的先验知识的波形。该方法的一个扩展允许一个提取BBH的两个独立的波形从几个干涉仪的输出。(3)如果数值相对论产生代码生成合并模板，但运行代码是太昂贵，允许合并参数空间的广泛调查，然后粗略调查这个参数空间，以确定几个关键参数的范围，并探讨我们描述的几个定性问题，将是有用的数据分析的目的。(4)一套完整的模板可以用来测试广义相对论的非线性动力学和测量一些二元参数。我们估计从合并波（约10至60 LIGO/VIRGO，高达200 LISA），估计由于模板数值误差或稀疏的模板网格的信息损失的位数，并推断模板精度和间距的近似要求。
1997-10-30 astro-ph gr-qc
Double Compact Objects I: The Significance Of The Common Envelope On Merger Rates
恒星和双星演化的观测和理论发展的最后十年提供了一个机会，将重大改进的预测人口合成模型。我们用StarTrack程序计算了NS-NS、BH-NS和BH-BH合并的星系合并率。最重要的修订包括：更新的风质量损失率（允许恒星质量的黑洞达到$80 \msun$），一个现实的处理共同的信封阶段（一个过程，可以影响合并率2- 3个数量级），和一个新的质量中子星/黑洞质量分布（与观察到的“质量差距”一致）。我们的发现包括：（i）包络的结合能在决定双星是否在哈勃时间内合并方面起着关键作用。(ii)我们的描述出生踢从超新星起着重要的作用，特别是BH-BH系统的形成。(iii)BH-BH系统的质量可以在低金属丰度或弱风的情况下大幅增加。(iv)某些参数组合低估了银河系NS-NS合并率，可以排除。{ \em（v）}根据我们以前的工作，包含延迟超新星的模型与观测到的NS/BH“质量间隙”不一致。这是一系列三篇论文中的第一篇。第二篇论文将研究作为红移、恒星形成率和金属丰度函数的双致密天体的合并率。在第三篇论文中，我们将介绍引力波观测站的探测率，使用最新的信号波形和灵敏度曲线。
2012-09-10 astro-ph.HE gr-qc
Massive Double White Dwarf Binary Mergers from the Moon: Extending the Reach of Multi-messenger Astrophysics
本文研究月球引力波探测器在亚赫兹频段探测巨质量双白矮星并合的能力，表明其每年可观测数十次事件、以百万分之一精度测量质量并提供数周预警，从而拓展多信使天体物理学。
2025-08-18 astro-ph.HE gr-qc
Measuring binary black hole orbital-plane spin orientations
双黑洞自旋是引力波天文学的重要观测量之一。在自旋参数中，它们在轨道平面内的取向，$ϕ_1$，$ϕ_2$和$Δϕ=ϕ_1-ϕ_2$，对于理解双黑洞中自旋轨道共振和合并反冲的普遍性是至关重要的。不幸的是，这些角度是特别难以测量使用当前的探测器，LIGO和处女座。由于旋进二进制的自旋方向不是恒定的，传统的方法是在波形演变中的某个参考阶段测量自旋分量，通常是检测信号的频率达到20 Hz的点。然而，我们发现，这是一个贫穷的选择轨道平面自旋角测量。相反，我们建议在合并附近的固定无量纲时间或频率测量自旋。这导致了对几个引力波事件的$ϕ_1$和$ϕ_2$的显著改进的测量。此外，使用数值相对论注入，我们表明，$Δϕ$也将更好地测量合并附近的更响亮的信号，预计在未来。最后，我们表明，数值相对论代理模型是可靠地测量轨道平面自旋取向的关键，即使在中等信噪比，如$\sim 30-45$。
2022-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Measuring gravitational waves from binary black hole coalescences: I. Signal to noise for inspiral, merger, and ringdown
我们估计预期的信噪比（SNR）从三个阶段（螺旋，合并，衰荡）的合并二进制黑洞（BBH）的初始和先进的地基干涉仪（LIGO/VIRGO）和天基干涉仪（LISA）。LIGO/VIRGO可以在几个到大约2000个太阳质量的质量范围内进行中等信噪比（几十个），中等精度的BBH聚并研究; LISA可以在大约10^5到10^8个太阳质量的质量范围内进行高信噪比（10^4量级）的高精度研究。BBH很可能是LIGO/VIRGO探测到的第一个源：它们的可见距离比合并的中子星双星大得多（初始干涉仪可达500 Mpc）（迄今为止被认为是LIGO/VIRGO的“面包和黄油”主力源，初始干涉仪可看到约30 Mpc）。低质量的BBH（初始LIGO干涉仪最大50个太阳质量;高级干涉仪最大100个太阳质量; LISA最大10^6个太阳质量）最好通过它们被熟知的螺旋波来搜索;更高质量的BBH必须通过它们被知之甚少的合并波和/或它们被熟知的振铃波来搜索。基于衰荡波的大质量BBH匹配滤波搜索应该能够找到质量范围为100至700太阳质量到200 Mpc（初始LIGO干涉仪）的BBH，以及200至3000太阳质量到z=1（先进干涉仪）。所需的模板数量级为6000或更少。使用“噪声监视”搜索算法，在不详细了解波形形状的情况下，基于合并波的搜索可以将检测到的大量BBH的数量增加到从螺旋波和振铃波发现的数量的10倍或更多倍。来自…
1997-11-04 astro-ph gr-qc
Revisiting non-linearity in binary black hole mergers
最近，它已被证明，包括泛音，合并后的引力波形在无穷远的一个二元黑洞系统是很好的建模使用纯线性理论。然而，考虑到一个二元黑洞合并被认为是高度非线性的，这些非线性，这并没有使它无限大，去了哪里？为了开始回答这个问题，我们可视化测量非线性的数值相对论二进制黑洞合并的强场区域的数量。
2020-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the star formation rate with gravitational waves from binary black holes
测量宇宙恒星形成的历史对于理解星系的起源和演化至关重要。使用电磁辐射进行测量是非常具有挑战性的：例如，需要大量的建模来将光度转换为质量，并适当地考虑尘埃衰减。在这里，我们展示了如何检测的引力波从吸入的双黑洞提出的第三代探测器可以用来测量恒星形成率（SFR）的大质量恒星的高精度高达红移~10。根据时间延迟模型，根据目前对当地合并率密度的测量，预测的发现率范围为每月约2，310至约56，740人。在30，000次检测的情况下，描述体积SFR的参数可以被约束在百分之几的水平，并且体积合并率可以在z ~ 2处直接测量到3%。给定一个参数化的SFR，双星形成和合并之间的特征延迟时间可以测量到~ 60%。
2021-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the delay time distribution of binary neutron stars. II. Using the redshift distribution from third-generation gravitational wave detectors network
我们研究了当前和第三代引力波（GW）探测器的能力，以确定延迟时间分布（DTD）的双中子星（BNS）通过直接测量的BNS合并率作为红移的函数。我们假设的DTD遵循幂律分布的斜率$Γ$和最小合并时间$t_{\rm min}$，也允许每单位恒星质量的整体BNS形成效率变化。通过卷积的DTD和质量效率与宇宙恒星形成的历史，然后与GW探测器的能力，我们探索两个相关的制度。首先，对于目前这一代的GW探测器，这是只敏感的本地宇宙，但可以通过识别电磁同行和宿主星系，导致精确的红移测定，我们表明，DTD参数强烈退化的未知质量效率，因此不能确定唯一的。第二，对于第三代探测器，如爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE），这将检测BNS合并在宇宙学距离，但与红移的不确定性固有的GW只检测（$δ(z)/z\approx 0.1z$），我们表明，DTD和质量效率可以很好地约束到10%以上的一年的观测。这种通过直接映射BNS合并红移分布来确定DTD的长期方法将通过$z\approx 0$的BNS合并宿主星系的特性对DTD进行更多的短期研究来补充（Safarzadeh & Berger 2019）。
2019-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Binary black hole mergers: formation and populations
我们回顾了导致恒星双星黑洞（BBH）形成和合并的主要物理过程。BBH可以从大质量双星的孤立演化中形成。核心坍缩超新星的物理过程和共同包层的过程是这一形成通道不确定性的两个主要来源。或者，两个黑洞可以通过在密集星团中的动力学相遇形成双星。动力学形成通道在BBH的质量、自旋和轨道性质上留下了几个印记。
2021-05-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
