Enabling high confidence detections of gravitational-wave bursts
随着先进的LIGO和Virgo探测器的观测，引力波的探测有望在未来几年内完成。从引力波探测中提取天体物理信息是一个适定的问题，当波形的详细模型可用时，将对其进行深入研究。然而，引力波天文学领域的一个动机是新发现的潜力。识别和表征意外信号需要不依赖于重力波形的理论预测的数据分析技术。过去对短持续时间未建模的引力波信号的搜索一直受到探测器中瞬态噪声伪影或“毛刺”的阻碍。在某些情况下，即使是高信噪比的模拟天体物理信号也很难与毛刺区分开来，因此基本上任何看似合理的信号都可以在最多2-3 $σ$水平的置信度下被检测到。我们提出了贝叶斯波算法来区分一般的引力波瞬变和毛刺，并提供强大的波形重建和表征的天体物理信号。在这里，我们研究贝叶斯波的能力，拒绝毛刺，同时分配高的信心，通过分析近似贝叶斯证据的检测候选人。通过将模拟的引力波瞬态信号加入到2009 - 2010年的LIGO数据中，对分析结果进行了验证，发现两者吻合较好。
2015-11-27 astro-ph.HE gr-qc
A Narrow Short-Duration GRB Jet from a Wide Central Engine
我们使用二维相对论流体动力学数值计算表明，高度准直的相对论喷流可以产生在中子星合并模型的短期伽马射线暴，而不需要一个高度定向发动机或一个大的净磁通量。即使是在小尺度上产生非常宽的持续流出的流体动力发动机，原则上也可以产生高度准直的相对论性喷流，这是由致密的周围介质促成的，该周围介质提供围绕射流核心的茧。相对于周围气体的扁圆几何形状显著增强了准直过程。先前的数值模拟显示，两颗中子星的合并会产生一个扁扁的、不断膨胀的动态喷出物云。我们表明，这种气体可以有效地准直中央发动机的功率，就像周围的恒星在长时间的GRB模型。对于典型的短持续时间GRB中央发动机参数，我们发现喷气机的开口角度为10度的顺序，其中一大部分的总流出功率的中央发动机驻留在高度相对论性材料。这些结果预测了大的差异，从双中子星合并与中子星-黑洞合并流出的开放角度。
2015-05-20 astro-ph.HE
Toward finding gravitational-wave signals from progenitors of short hard gamma-ray bursts and orphaned afterglows
随着多个观测站和任务正在计划探测与伽马射线暴（GRB）相关的孤儿余辉，我们强调了在先进探测器时代，在引力波（GW）探测器的数据中寻找其可能的对应信号的数据分析策略的重要性。这是特别有吸引力的，因为短硬伽马射线暴（SGRB）可能有紧凑的双星合并，涉及中子星（CBCNSs）作为其祖先，发射引力波。对这些天体的电磁（EM）和GW联合观测将丰富我们对它们的光束、能量学、银河系环境的理解，并揭示与它们相关的许多其他悬而未决的问题。在这里，我们认识到一些天体物理因素，决定什么比例的CBCNS源可以产生孤儿余辉。管道已经存在，目标的天空位置和时间发生的SGRB，从EM观测已知，以搜索其对应的GW探测器数据。修改它们以分析余辉检测过去GW数据中的长时间段，同时瞄准单个天空位置，可以从共同祖先中搜索GW。我们评估GW的可探测性的改善，从利用天空位置信息。我们还提出了一种方法，用于提高有针对性的搜索的GW信号的检测效率，从假定的CBCNS源的余辉和短伽马射线暴在探测器校准或CBCNS波形模型中使用的搜索中存在的错误。改进产生于在更宽的天空中搜索，即使当天空位置是准确地从EM观测已知的，并利用波形参数的误差的协方差与那些在天空位置。
2013-08-28 astro-ph.HE gr-qc
Probing Long Gamma Ray Bursts progenitor mass by Gravitational Waves
在这项工作中，我们提出了一个程序来推断伽马射线暴（GRB）的祖先和残余的质量，从观察到的能量$E_{iso}^{GRB}$各向同性发射，并考虑相关的发射引力波（GW）$ E_{iso}^{GW}$在不同的阶段。我们假设，在恒星坍缩过程中，祖先$E_{PROG}^{GW}$的GW能量被部分发射，剩余能量与残骸发射的GW能量有关。我们采取一个$237$长GRB的样本，并使用混合蒙特卡洛程序来探索，对于他们中的每一个，一个区域的可能的解决方案的$ E_{iso}^{GW}$作为一个功能的质量，半径，扁率，旋转频率的祖先和残余和能量的分数$k$发出的GRB GW。我们区分一个中子星（NS）或黑洞（BH）的残余物，并获得有趣的值的GW所发出的残余NS或BH的转换因子$k$和GRB祖星的质量和半径。我们还获得了剩余人口的平均质量，平均GW频率和GRB频率的GW发射与最公认的模型。
2015-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Low-frequency gravitational wave memory from gamma-ray burst afterglows with energy injection
超相对论伽马射线暴喷流是一种具有记忆信号的强引力波源。由能量注入驱动的平台（或浅衰变）相可能出现在伽玛暴的早期X射线余辉中。在本文中，我们研究的GW信号以及X射线余辉辐射的框架内的伽玛暴喷注与能量注入，并考虑了短持续时间和长持续时间的伽玛暴。我们发现，无论哪种情况，由于反聚束效应和时间延迟效应，能量注入引起的GW信号波形的上升斜率远远滞后于能量注入，特征振幅的典型频率落在$\sim10^{-4}-10^{-6} \,{\rm Hz}$的低频区域;我们认为，注入能量的GRB喷流触发的GW记忆是未知的，附近强注入能量的GRB可能会干扰随机GW的测量背景这样的GW记忆检测将提供一个直接的测试模型的能量注入的情况下的伽玛射线暴喷流。
2023-01-30 astro-ph.HE
Observational appearance of rapidly rotating neutron stars: X-ray bursts, cooling tail method, and radius determination
低质量X射线双星中的中子星（NS）以足够高的频率旋转，以显著偏离球形（$ν_* \sim$ 200- 600 Hz）。我们调查的影响，快速旋转的观测外观的NS。我们提出了解析公式的引力质量和赤道半径的快速旋转NS的质量$M$和半径$R$的非旋转NS相同的重子质量使用精确的完全相对论计算。我们计算光谱从一个扁圆旋转NS观察到在不同的倾角使用修改的扁圆史瓦西（MOS）近似，其中光弯曲计算史瓦西度规，但框架拖曳和四极矩的NS大约占光子红移计算。我们将冷却尾方法推广到快速旋转NS的情况，以获得具有相同重子质量的相应非旋转NS的$M$和$R$的最可能值。我们近似的本地光谱从NS表面的稀释黑体使用以前计算的NS大气模型。我们表明，NS半径可以高估3- 3.5公里的正面恒星的$R\approx 11$公里旋转在$ν_* =$ 700赫兹，如果版本的冷却尾方法用于非旋转NS。我们将该方法应用于在SAXJ1810.8PDMATHABMS 2609中以$ν_* \approx$ 532 Hz旋转的NS观察到的X射线爆发。如果在倾角i=60度时观察，非旋转NS（假设$M=1.5 M_\odot$）的最终半径变为$11.8\pm0.5$ km，正面观察时为$R=11.2\pm0.5$ km，这两个值比使用忽略旋转的标准冷却尾翼方法获得的半径小0.6和1.2 km。这些快速旋转NS的相应赤道半径为12.3 …
2020-05-19 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Interpreting gravitational-wave burst detections: constraining source properties without astrophysical models
我们发现，对于探测的引力波瞬变，约束可以给出的物理参数的源，而不使用任何特定的天体物理模型。仅仅依靠广义相对论的基本原理，我们就可以仅仅根据观测波形的特征来设定源的大小、质量和距离的上限。如果源的距离是从独立的（例如电磁）观测中得知的，我们也可以设定质量和大小的下限。作为示范，我们测试了这些约束的二进制黑洞信号观测的LIGO和处女座探测器在其第一次和第二次观测运行，以及模拟的二进制黑洞和核心塌陷超新星信号重建模拟探测器数据。我们已经发现，我们的约束条件是有效的所有分析的源类型，但它们的效率（即，有多远，他们是从真正的参数值）强烈依赖于源类型，范围从在同一数量级的几个数量级的差异。在引力波信号在没有波形模板的情况下重建，并且没有关于源的天体物理模型可用的情况下，这些约束提供了可以指导天体物理建模过程的源的唯一定量表征。
2020-04-28 astro-ph.HE gr-qc
Observational Constraints on Neutron Star Masses and Radii
精确可靠地测量各种质量的中子星的质量和半径，将为改进密度高于核物质饱和密度的冷物质性质的模型提供有价值的指导。人们尝试或提出了几种测量中子星质量和半径的方法，包括分析静止低质量X射线双星系统和热核爆发源中中子星的X射线通量和辐射谱，拟合旋转动力毫秒双星、毫秒周期爆发振荡和吸积动力毫秒双星的能量相关X射线波形，以及测量中子星质量和半径的方法。并模拟了并合双中子星和中子星-黑洞双星系统的引力辐射波形。我们描述了这些方法的优点和缺点，其中大多数目前有大量的系统误差，并讨论了减少系统误差在每种方法的前景。
2016-04-13 astro-ph.HE nucl-th
Aligned spin neutron star-black hole mergers: a gravitational waveform amplitude model
黑洞与中子星并合时发出的引力辐射与两个黑洞在中子星未被潮汐扰动时的辐射非常相似。当潮汐破裂发生时，重力波形可以大致分为两组，这取决于破裂物质的空间范围。扩展我们中的一些人以前的工作，在这里，我们提出了一个唯象模型的引力波振幅在频域中包含三种可能的结果合并：没有潮汐中断，“温和”和“强”潮汐中断。该模型被校准到134个广义相对论数值模拟的二进制的黑洞自旋是对齐或反对齐的轨道角动量。所有的模拟使用SACRA代码和分段多方中子星状态方程。本模型可用于确定黑洞的二元波形是足够的引力波探测，提取信息的状态方程从未来的引力波观测，以获得更准确的估计黑洞-中子星合并事件率，并确定这些系统的条件下，这些系统是可信的候选人作为中央引擎的伽马射线暴，macronovae和kilonovae。
2015-09-01 astro-ph.HE gr-qc
Prospects For High Frequency Burst Searches Following Binary Neutron Star Coalescence With Advanced Gravitational Wave Detectors
物态方程在两颗中子星并合的物理过程中起着至关重要的作用。最近的数值模拟与微物理状态方程表明，这种事件的结果取决于质量的中子星。对于质量较小的系统，模拟有利于形成超大质量、准稳定的中子星，其振荡产生短而高频率的引力辐射爆发。它的主频含量与中子星的半径密切相关，它的测量可以用来约束超核状态方程。相比之下，更高质量系统的合并导致迅速的引力坍缩成黑洞。我们已经开发了一种算法，它结合了波形重建的形态独立的搜索与贝叶斯模型选择的引力波瞬态，合并后的情况之间的区别，并准确地测量占主导地位的振荡频率。我们证明了该方法的有效性，使用模拟二进制合并信号的数据从LIGO和处女座的目录，我们讨论了这种分析在先进的地面引力波探测器的前景。从波形考虑在这项工作中，并假设一个最佳取向的源，我们发现，合并后的中子星信号可以检测到$\sim 10\text{--}25$ \，Mpc的这种技术。我们还发现，我们成功地区分合并后的情况与$\sim 95\%$的准确性，并确定幸存的合并后的中子星的主导振荡频率内$\sim 10$，赫兹，平均超过所有检测到的信号。这导致了一个非旋转的1.6“，M $_{\odot}$参考中子星半径估计值的不确定性，其半径为$\sim 100\,$ m.
2014-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from primordial black holes passing by neutron stars: observational prospects for the Galactic center
Université libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）
研究行星质量原始黑洞经过或穿越中子星时产生的引力波信号，估计银河系中心事件率，并计算LIGO-Virgo-KAGRA十年观测的探测概率，发现探测概率极低（P≲10⁻⁸）。
2026-06-19 astro-ph.HE
Gravitational Waves from GRB Core Spindown
我们研究了长伽马射线暴（GRB），它表现出一个急剧的线性上升，然后在其伽玛射线瞬发发射的指数衰减与BAT仪器上的雨燕卫星观测。我们提供了一个简单的电动力学模型，可以解释这些特殊的特性。我们将这种急剧上升与恒星前身内部形成的快速旋转核心对磁场的缠绕联系起来。我们还将随后的指数衰减与电磁射流从恒星内部释放后的核心的电磁自旋下降。旋转核心中的任何非轴对称扭曲都会产生频率呈指数下降的引力波，即所谓的“下啁啾”。我们得到一个详细的估计的引力波的档案，如果时空的扭曲是由于绕组的非轴对称分量的磁场在该特定阶段的爆发。我们提供了7个特定的时间间隔，在此期间，人们可以查看LIGO档案数据，以确定我们特定预测波形的存在，以测试我们的解释。
2021-10-20 astro-ph.HE
A search for low-energy neutrino and antineutrino signals correlated with gamma-ray bursts with Borexino
利用2007年12月至2015年11月期间收集的Borexino数据，对与2，350个伽马射线暴（GRB）相关的中微子和反中微子事件进行了搜索。没有观察到统计学上显着超出背景的情况。我们寻找能逆转质子β衰变的电子反中微子（$\barν_e$），其能量范围为1.8 - 15，MeV，并设定了γ射线暴中微子注量的最佳极限为8，MeV。来自伽马射线暴的中微子和反中微子在电子上散射的信号也被搜寻，Borexino的放射性纯闪烁体使探测通道成为可能。我们得到了目前在7.MeV以下的所有味和种类的中微子注量的最佳极限。最后，伽玛暴和事件爆发之间的时间相关性进行了研究。我们的分析首次结合了两个半独立的数据采集系统：主要Borexino读出优化太阳中微子物理高达几MeV，和一个快速波形数字化仪系统调整的事件超过1\，MeV。
2016-10-20 astro-ph.HE
Resonant tides in binary neutron star mergers: analytical-numerical relativity study
中子星并合中$f$模的共振激发影响准圆并合和高偏心并合中的引力波发射，并能传递恒星内部的信息。共振潮汐的大多数模型都是使用近似的微扰方法建立的，因此需要在高频区域对数值相对论（NR）模拟进行仔细验证。我们执行一组高分辨率NR模拟和最先进的有效的一个身体（EOB）模型${\tt TEOBResumS}$与各种潮汐势，包括共振潮汐模型之间的详细比较。对于圆形合并，我们发现，$f$模式共振可以提高EOB和NR之间的协议，但没有明确的证据表明，潮汐增强后接触是由于共振机制。潮汐模型与$f$模式共振不一致地再现，在同一时间内，NR波形和能量的错误，和他们的表现是可比的，没有共振的图解潮汐模型。对于高度偏心合并，我们首次表明，我们的EOB模型再现了突发NR波形的高度准确性。然而，所考虑的谐振模型没有捕获在遭遇期间激发的并且存在于NR波形中的$f$模式振荡。最后，我们分析了GW 170817与绝热和动力潮汐模型，发现数据显示没有证据表明，有利于模型，包括动力潮汐。这与共振潮汐在非常高的频率下测量的事实一致，这对于GW 170817来说是不可用的，但可以用下一代探测器进行测试。
2022-07-26 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Wave Memory from Gamma Ray Bursts' Jets
虽然伽玛暴的祖先作为引力波（GW）源的可能作用已经得到了广泛的研究，很少有人注意到喷流本身作为GW源。我们预计飞机的加速会产生GW记忆信号。虽然所有的相对论性喷流模型都显示出GW辐射远离喷流轴的反聚束，因此辐射远离GRB的伽马辐射的方向，但这种效应并不是压倒性的。伽马射线可探测性锥的信号幅度的减小是微弱的，并且对于某些模型和参数，GW信号对于大部分伽马射线锥达到显著幅度。因此，可以联合检测两个信号。我们发现不同的波形和傅立叶签名均匀射流和结构化射流模型-从而提供了一种方法，使用GW签名探测的内部结构和加速的伽玛射线暴射流。GW信号的峰值正好在均匀（结构化）喷流的喷流（核心）之外。在射流（核心）内，由于偏振效应，GW信号显示摆动;因此对于均匀射流，峰值振幅伴随着比结构化射流的峰值更平滑的信号。对于最可能的探测角和典型的伽玛暴参数，我们预计频率< ~ 600 Hz，振幅h~10^-25。我们对预期信号的估计表明，对于DECIGO的单个集群和ALIGO的灵敏度来说，信号都不够强。然而，在DECIGO波段，灵敏度约为10^-25/sqrt（Hz），应该足以探测到2Gpc的典型长伽玛暴和200 Mpc的短伽玛暴，这意味着长伽玛暴每月发生一次，短伽玛暴每十年探测一次。此外，我们预计会更频繁地检测到来自远离我们的GRB的GW，包括孤儿余辉。最终的DECIGO灵敏度应该增加范围，并使检测这些信号在…
2013-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical Implications of Neutron Star Inspiral and Coalescence
在引力波中观测到的两颗中子星的第一个螺旋非常接近，允许同时观测引力波和电磁波，这是几年来没有预料到的。他们的合并，随后是伽马射线暴和千诺瓦，在电磁望远镜的光谱波段被观察到。这些GW和电磁观测在理解短伽马射线暴、确定最重元素的起源和确定中子星的最大质量方面取得了巨大进展。从潮汐在引力波形上的印记和对X射线双星的观测中，人们可以提取出螺旋形中子星的半径和变形能力。半径、最大质量和因果关系一起约束了中子星状态方程，未来的约束可以来自合并后振荡的观测。我们有选择地回顾这些结果，用推导和估计来填充一些物理学。
2022-01-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
