Constraining nonperturbative strong-field effects in scalar-tensor gravity by combining pulsar timing and laser-interferometer gravitational-wave detectors
脉冲星计时和引力波（GW）探测器是研究强场区域引力理论的极好实验室。在这里，我们结合这些工具来测试单标量张量理论的Damour和Esposito-Far{è}se（DEF），预测非微扰标量化现象的中子星（NS）。首先，应用马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们利用由NS和白矮星组成的五个双星系统的脉冲星定时观测中偶极辐射的缺失，以及NS的十一个状态方程（EOSs），导出DEF标量张量理论的两个自由参数的最严格约束。由于双星脉冲星的边界取决于NS质量和EOS，我们发现目前的脉冲星定时观测留下了标量化窗口，即，标量化仍然可以突出的参数空间区域。然后，我们调查，如果这些标量化窗口可以被关闭，如果脉冲星定时约束可以改善激光干涉仪GW探测器，当自发（或动态）标量集在早期（或晚期）阶段的二进制NS（BNS）的演变。对于携带恒定标量电荷的BNS的早期螺旋，我们采用Fisher矩阵分析来表明，Advanced LIGO可以改善某些EOS的脉冲星定时约束，而下一代探测器，如宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够改善所有11个EOS的这些界限。使用BNS的后期螺旋，我们估计，对于一些正在考虑的EOS的动态标量化的发病可以发生足够早，以改善DEF参数的约束，通过结合五个二进制的BNS。因此，在不久的将来，脉冲星定时和地面上的GW的直接观测的互补性将是非常有价值的，在强场制度的引力理论探索。
2017-09-18 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Constraining gravitational wave propagation using pulsar timing array correlations
本研究利用NANOGrav的12.5年数据和PTAfast代码，检验亚光速引力波模式作为脉冲星计时阵列相关性来源的可能性，发现数据不支持张量或矢量诱导的引力波相关性，从而为引力子质量设定了$m_{\rm g} \lesssim 10^{-22}$ eV的上限。
2023-05-11 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the non-Einsteinian polarizations of gravitational waves by pulsar timing array
脉冲星计时阵列（PTA）为探测纳赫兹频段的引力波提供了极好的机会。特别地，由于PTA中的“臂”的数量较多，它可以用于通过探测GW的非爱因斯坦偏振模式来测试重力，包括标记为“$sn$“和“$se$“的两个自旋1剪切模式，标记为“$b$“的自旋0横向模式和标记为“$l$“的纵向模式。本文通过对Virgo星系团中一个超大质量黑洞双星的观测，研究了当前和未来可能的PTAs的能力，并通过对振幅参数$(c_b,c_{sn},c_{se},c_{l})$的约束进行了量化.我们发现，对于啁啾质量为$M_{c}=8.77 \times 10^{8} \mathrm{M_{\odot}}$，GW频率为$f=10^{-9}\mathrm{Hz}$的双星，当前能级的PTA可以检测到$c_b > 0.00106$，$c_l > 0.00217$，$c_{se} > 0.00271$，$c_{sn} > 0.00141$这些GW模，如果考虑SKA时代的潜在PTA，这将提高两个数量级。有趣的是，由于几何因素的影响，我们发现在SKA时代，对GWs的$l$，$sn$，$se$模式的约束是纯粹由几个单光子控制的，而不是PTA中的全光子。
2019-03-28 gr-qc
Constraining ultralight dark matter using the Fermi-LAT pulsar timing array
本研究首次利用Fermi-LAT观测的29颗毫秒脉冲星组成的伽马射线PTA测试四种ULDM效应，未发现显著信号，并在95%置信水平下对参数设置约束，为射电PTA和直接探测提供补充检验。
2023-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining ultralight scalar dark matter couplings with the European Pulsar Timing Array second data release
利用欧洲脉冲星计时阵列第二次数据发布，同时考虑引力与直接耦合效应，对超轻暗物质耦合系数给出比以往PTA实验更强、且不逊于原子钟实验的约束。
2024-11-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining the Polarization Content of Gravitational Waves with Astrometry
引力波扰乱光子的路径，影响来自恒星的光的飞行时间和到达方向。脉冲星定时阵列可以通过测量无线电脉冲飞行时间的变化来探测引力波，而盖亚等天体测量任务可以通过恒星场视位置的时变变化来探测引力波。就像引力波在来自不同天空位置的恒星的脉冲到达时间中赋予一种特征相关模式一样，星光的偏转在整个天空中也是类似的相关。在这里，我们计算的天体测量相关模式的偏振态的替代理论的重力的整个范围内，并分解成矢量球谐的天空平均相关模式。我们发现，张量和矢量偏振态产生相等的电力和磁型矢量球谐函数，而标量模式只产生电型相关。测量到的电和磁类型相关性的任何差异都将代表对爱因斯坦引力的明显违反。矢量和纯量纵模的角相关函数在小角距处显示出与脉冲星计时相似的增强响应。
2018-05-17 astro-ph.HE gr-qc
Prospects of constraining the dense matter equation of state from the timing analysis of pulsars in double neutron star binaries: the cases of PSR J0737-3039A and PSR J1757-1854
双中子星双星中自旋中子星的Lense-Thirring效应对轨道的近星点推进有贡献。这个额外的项涉及到中子星的转动惯量。另一方面转动惯量取决于中子星的质量和自旋，以及物质的状态方程。如果双中子星双星中至少有一颗是射电脉冲星（速度越快越好），那么精确的计时分析就可以估算出Lense-Thirring效应对近星点推进的贡献，从而测量出脉冲星的转动惯量。结合脉冲星的转动惯量、质量和自旋的知识，将对状态方程给出一个新的约束。双中子星双星中的脉冲星是最适合这一目的的，因为短的轨道和适度高的偏心率使透镜-瑟林效应显著，而潮汐效应可以忽略不计（不像主序星或白矮星双星的脉冲星）。最有前途的产品是PSR J 0737 - 3039 A和PSR J1757-1854。由于自转角动量矢量与轨道角动量矢量之间的不重合而引起的双星自转进动影响了Lense-Thirring效应对近星点推进的贡献。PSR J 0737 - 3039 A和PSR J1757-1854都探索了这种效应，由于这两种棱镜的未对准角都很小，因此Lense-Thirring项的变化不大。然而，为了从观测到的近星点推进速率中提取出透镜-瑟林效应，更精确的计时解决方案，包括精确的自行和距离测量是必不可少的。
2018-02-08 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Constraining ultralight vector dark matter with the Parkes Pulsar Timing Array second data release
利用帕克斯脉冲星计时阵列第二次数据发布，通过引力效应在纳赫兹频段搜寻超轻矢量暗物质，未发现信号，给出95%置信水平下局部暗物质密度上限，约束与标量暗物质搜索相当。
2022-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining inflation with nonminimal derivative coupling with the Parkes Pulsar Timing Array third data release
该研究通过解析功率谱和PPTA DR3数据约束非最小导数耦合暴胀模型参数，展示了脉冲星计时阵列探测早期宇宙小尺度物理的能力。
2025-02-20 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the origin of the nanohertz gravitational-wave background by pulsar timing array observations of both the background and individual supermassive binary black holes
本研究利用BBH种群合成模型，探讨CPTA对单个超大质量双黑洞的探测概率，并通过对GWB和单个BBHs的观测约束纳赫兹引力波背景的起源。
2024-09-26 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Perspectives on constraining a cosmological constant-type parameter with pulsar timing in the Galactic Center
由于$\left(Λ\simeq 1\times 10^{-52}~\textrm{m}^{-2},~\textrm{or}~2.89\times 10^{-122}~\textrm{in Planck units}\right)$非常小，因此，旨在限制宇宙学常数$Λ$值的独立测试通常很困难。由航天器跟踪确定的太阳系轨道运动的界限目前处于$\simeq 10^{-43}-10^{-44}~\textrm{m}^{-2}~\left(5-1\times 10^{-113}~\textrm{in Planck units}\right)$水平，但它们可能会变得有些乐观，因为$Λ$还没有在行星数据简化中明确建模。在银河系中心围绕黑洞运行的预期恒星的精确$\left(σ_{τ_\textrm{p}}\simeq 1-10~μ\textrm{s}\right)$定时，最好是沿着高偏心率和宽轨道运行，至少在原则上，可能会将行星约束改善几个数量级。如果只考虑$σ_{τ_\textrm{p}}$，通过观察每个轨道的平均时移$\overline{Δδτ}^Λ_\textrm{p}$，具有$e=0.8839,~P_\textrm{b}=16~\textrm{yr}$的类S2轨道构型将允许初步获得$\left|Λ\right|\lesssim 9\times 10^{-47}~\textrm{m}^{-…
2018-03-26 astro-ph.GA gr-qc physics.space-ph
Sub-parsec precision measurement of pulsar distances with nanohertz gravitational waves
本文提出利用多个可分辨的超大质量黑洞双星系统相位信息，通过MCMC模拟证明在SKA时代30年观测下，可将脉冲星距离测量精度提升至亚秒差距级别。
2025-03-29 astro-ph.HE gr-qc
Self-Interacting Dark-Matter Spikes and the Final-Parsec Problem: Bayesian constraints from the NANOGrav 15-Year Gravitational-Wave Background
School of Physical and Chemical Sciences, University of Canterbury（坎特伯雷大学物理与化学科学学院）
本文通过贝叶斯分析，研究自相互作用暗物质尖峰对解决最终Parsec问题的作用，并与NANOGrav数据对比，验证其在引力波背景中的有效性。
2026-02-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pulsar timing in the Galactic Center
CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高级技术学院物理系中心）；Departamento de Física Fundamental, Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学基础物理系）；Insituto Universitario de Física Fundamental y Matemáticas (IUFFyM), Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学基础物理与数学大学研究所）
提出一种将光子传播时间的相对论计算纳入脉冲星计时模型的新方法，并证明在强场构型中，仅使用最低阶后牛顿近似会导致显著误差，同时展示参数误估对残差的影响。
2026-05-26 gr-qc
Gravitational wave astronomy of single sources with a pulsar timing array
缩写：我们研究了利用脉冲星定时阵列（PTAs）探测单个双黑洞系统的引力波的可能性，并计算了确定GW性质的精度。这是在一个一致的分析，这在同一时间占测量脉冲星的距离通过计时视差。我们发现，在低的红移，PTA是能够检测到纳米赫兹GW的超大质量黑洞双星系统的质量$\sim10^8 - 10^{10}\,M_{\sun}$小于$\sim10^5$ \，年前的最后合并，和那些小于$\sim10^3 - 10^4$年前合并可能允许我们检测到的双星的演化。推导了脉冲星时间视差测距精度的解析表达式。我们考虑了近距离（$\sim 0.5 - 1$ \，kpc）双星在15\，ns精度下的五年双周观测。对20个射电望远镜进行计时，将使我们能够探测到振幅大于$5\times 10^{-17}$的GW源。计算了相应的GW和双星轨道参数及其测量精度。测量的精度的二进制轨道倾角，天空的位置，和GW的频率作为GW振幅的函数计算。我们注意到，“脉冲星项”，这是通常被认为是噪声，是必不可少的获得一个准确的测量GW源位置。我们还表明，利用编码在GW信号通过地球的信息也增加了脉冲星距离测量的精度。如果引力波足够强，人们可以对距离小于$\sim 0.5 - 1$ \，kpc的邻近恒星进行亚秒差距的距离测量。
2011-03-01 astro-ph.HE gr-qc
Self-interacting dark matter solves the final parsec problem of supermassive black hole mergers
本文提出超大质量黑洞周围的自相互作用暗物质尖峰的动力学摩擦能解决“最终秒差距”停滞问题，并软化低频引力波谱，且依赖速度的自相互作用截面能同时拟合观测数据。
2024-06-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining the Polarization of Gravitational Waves with the Parkes Pulsar Timing Array Second Data Release
利用PPTA第二次数据发布搜索各向同性随机引力波背景中的非张量偏振，未发现统计显著证据，并对四种偏振模式的振幅和能量密度设置了95%上限。
2021-11-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Review on tests of General Relativity And Modified Gravity Using Pulsar Timing
在这篇评论中，我们的目的是描述最严格的测试强等效原理，广义相对论的基本原则，使用脉冲星计时。为此，我们首先构造了参数化后牛顿和后开普勒形式及其参数。然后，我们约束后牛顿参数相关联的违反强等效原理与最严格的测试，使用脉冲星计时技术。我们将特别看到，这些界限是对违反原则的最严格的限制。最后，我们将讨论这些结果对标量张量理论以及大质量引力的影响。我们会发现，可能的标量-张量理论集可以被严格缩减，然而在大质量引力的情况下，精确度不足以探测引力子的预测质量。
2019-06-07 gr-qc
Pulsar timing array sensitivity to anisotropies in the gravitational wave background
本研究利用脉冲星计时延迟的全协方差矩阵评估PTA对引力波背景各向异性的灵敏度，发现未来可实现低多极矩百分比级精度，且各向异性与Hellings-Downs角相关性可独立重建。
2024-08-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Using Swarm Intelligence To Accelerate Pulsar Timing Analysis
我们提供了一个粒子群优化的方法来约束在第一次国际脉冲星定时阵列数据挑战的随机引力波背景的属性简要说明。该技术采用了许多计算代理，探索参数空间，记住他们的最佳位置，并与所有其他代理共享此信息。正是这种信息共享加速了所有代理在非常短的迭代次数内收敛到全局最佳位置。误差估计也可以通过将多变量高斯拟合到所有访问点的记录适应度来提供。
2012-10-12 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Constraining the Cardoso-Pani-Rico metric with future observations of SgrA$^*$
SgrA $^*$是位于银河系中心的超大质量黑洞候选者，是检验Kerr黑洞假说的最有希望的天体之一。在几年内，人们有望测量出围绕这个天体的一些相对论效应，并且不同观测的组合可以用来限制可能偏离克尔解的情况。在本文中，我讨论了在Cardoso-Pani-Rico参数化的框架下，三种有前途的技术的组合：观测等离子体在最内侧稳定圆形轨道附近的斑点，探测黑洞阴影，以及在紧凑轨道上的射电脉冲星的定时观测。等离子体团和阴影的观测可以探测SgrA $^*$周围的强引力场，而射电脉冲星则对较大半径的弱场区域敏感。在快速旋转物体的情况下，三个测量的组合可以对SgrA $^*$的实际性质提供强有力的约束。对于非旋转或缓慢旋转的物体，边界将是弱的。
2015-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the Hubble Constant with Double Gravitational Wave Sources in Pulsar Timing
脉冲星计时阵列（PTA）正在寻找来自超大质量黑洞双星（SMBHB）的引力波。在这里，我们展示了未来的PTA如何使用来自单独分辨的SMBHB源的引力波探测来产生纯粹基于引力波的哈勃常数测量。这是通过测量两个独立的距离，从引力波信号在定时残差相同的源：通过频率演化效应的亮度距离$D_L$，和视差距离$D_\mathrm{par}$通过波前曲率（菲涅耳）的影响。我们提出了一个广义的时间残差模型，包括在膨胀的宇宙中的这些影响。这两个距离，$D_\mathrm{par}$是具有挑战性的测量，由于脉冲星距离包裹的问题，在地球脉冲星距离和引力波源参数，需要高度精确，亚秒差距水平，脉冲星距离测量，以克服退化。然而，在本文中，我们证明，结合知识的两个SMBHB源的定时残差在很大程度上消除了包装周期退化。两个源通过识别到双星的距离同时校准PTA，这本身是有用的，并且允许恢复源光度和视差距离，这导致哈勃常数的测量。我们发现，在平方公里阵列的时代，乐观的PTA，两个SMBHB源在几百Mpc可以用来测量哈勃常数的相对不确定性的顺序为10%。
2022-10-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing an Intermediate-Mass Black Hole Companion of Sagittarius A* with Pulsar Timing
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）
研究银河系中心超大质量黑洞人马座A*周围中等质量黑洞伴星的可探测性，基于射电计时观测，发现脉冲星 - 超大质量黑洞系统对第三体扰动敏感，能严格约束中等质量黑洞存在，补充现有观测约束。
2026-10-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Massive Black Hole Mergers
在低红移时，大质量的黑洞存在于几乎所有大椭圆星系的中心，也存在于许多低质量系统中。它们的演化被认为与其宿主星系的演化密不可分。一方面，银河系环境提供气体，使黑洞通过吸积生长，并作为活动星系核发光。另一方面，大质量的黑洞通过喷流或辐射反馈向周围注入能量，预计会对银河系动力学产生反作用。此外，如果星系和暗物质晕是分层形成的，从高红移的小系统合并成更近时期的大系统，那么大质量的黑洞也可能合并，可能产生目前和未来实验可检测到的引力波信号。在这一章中，我们讨论了当前天体物理模型在激光干涉仪空间天线（LISA）的mHz频带和脉冲星定时阵列实验的nHz频带中对大质量黑洞合并的预测。我们特别关注影响这些预测的天体物理学不确定性，包括鲜为人知的大规模黑洞对在数百秒差距的分离动力学演化;可能形成的“停滞”的二进制文件在秒差距的分离（“最终秒差距问题”）;重子物理（如SN反馈）的大规模黑洞的增长的影响。我们表明，nHz波段的预测是更强大的比在兆赫波段，并评论这一事实的影响LISA和脉冲星定时阵列。
2021-06-25 astro-ph.GA gr-qc
Constraining the dense matter equation-of-state with radio pulsars
射电望远镜为我们理解超核密度的物质提供了一些最重要的限制。到目前为止，这些约束主要是由精确的质量测量的中子星（NS）。通过结合两个质量最大的天体J 0348 $+$ 0432和J 0740 $+$ 6620的单个测量，得到的最大NS质量的下限为1.98 $M_\odot$（99%置信度），排除了大量的状态方程（EOS）。进一步的状态方程的限制，补充其他方法，可能来自测量的转动惯量（MOI）的相对论轨道的双星。双脉冲星PSR J 0737 $-$ 3039 A/B是首次通过脉冲星计时测量MOI的最有前途的系统。回顾这种方法，特别是基于双脉冲星的第一次MeerKAT观测，我们提供了充分的预测到未来的模拟定时观测与MeerKAT和SKA。在分析中，我们第一次考虑了自旋下降的质量损失。我们的研究结果表明，到2030年，MOI测量的准确度为11%（置信度为68%）。然而，如果到2030年，EOS足够为人所知，我们发现双脉冲星将允许7%的Lense-Thirring进动测试，或者提供GR中次领先阶引力波阻尼的$\sim3σ$测量。我们证明，轨道周期短于双脉冲星的双NS系统的潜在新发现，有望在以下方面取得重大进展：这些测量和对NS的约束很重要。
2020-07-15 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Testing Gravity with Pulsar Scintillation Measurements
我们建议使用脉冲星闪烁测量来测试引力的替代理论的预测。与单路径脉冲星定时测量相比，由于多路径干扰的影响，闪烁测量的定时精度可以提高10^5倍。先前PSR B0834+06的闪烁测量需要数小时的数据采集，使得这种方法对mHz引力波敏感。因此，它在测量光传播的引力效应或其他机制（在mHz及以上频率）方面具有独特的优势。我们说明了它的应用在约束标量引力波背景，在这种情况下，灵敏度可以大大提高相对于以前的限制。我们期望更广泛的应用在测试重力与现有的和未来的脉冲星闪烁观测。
2017-05-02 astro-ph.HE gr-qc
Implications of pulsar timing arrays for Gauss-Bonnet Inflation
本研究探讨脉冲星计时阵列观测对高斯-邦尼特暴胀模型的启示，验证其与现有数据的一致性，推导暴胀子势与耦合函数条件，并给出具体模型验证机制可行性。
2025-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On constraining the speed of gravitational waves following GW150914
我们指出，在汉福德和利文斯顿LIGO站点从引力波事件GW 150914的信号的检测之间观察到的时间延迟放置在引力波，$c_{gw}\lesssim 1.7$在光速的单位的传播速度的上限。结合从宇宙射线的引力切伦科夫损失的情况下，排除了大部分的亚光速的下限，这给出了一个模型无关的双边约束$1\lesssim c_{gw}\lesssim 1.7$。我们将这一结果与来自脉冲星计时和宇宙学的模型特定约束进行了比较。
2016-03-23 astro-ph.CO gr-qc
From Megaparsecs To Milliparsecs: Galaxy Evolution & Supermassive Black Holes with NANOGrav and the ngVLA
超大质量黑洞双星系统的动力学演化在大尺度上与大质量星系的合并速率有关，在小尺度上与星系核的恒星和气体环境有关。这些系统的人口将创建一个纳赫兹频率的整体引力波信号，可以被脉冲星定时阵列（PTA）检测到，例如北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）。通过测量纳赫兹引力波，我们将能够明确地证明，超大质量黑洞二进制达到毫秒差距的分离，表征其次秒差距的动力学演化，约束膨胀和中央黑洞质量之间的标度关系，并了解如何在大尺度的气体流入到中央星系区域。ngVLA将是这个搜索的一个重要补充;它的目标分辨率将允许区分双重活动星系核，给出可以约束PTA搜索的合并率估计。如果增加洲际VLBI能力，那么秒差距尺度的二进制演变的分辨率可能是可能的，表明是否二进制失速或有效地驱动到子秒差距的分离。NANOGrav引力波分析与ngVLA和补充设施的观测相结合，将描绘出星系演化和宇宙中最大黑洞动力学的多信使画像。
2018-08-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
The recent gravitational wave observation by pulsar timing arrays and primordial black holes: the importance of non-gaussianities
本文研究脉冲星计时阵列信号是否由原初扰动诱导的引力波产生，发现PBH过度产生在2σ和3σ下分别排除高斯及单场暴胀解释，但非高斯性可缓解矛盾，且PTA数据不约束PBH丰度。
2023-11-14 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tests of Classical Gravity with Radio Pulsars
本文回顾脉冲星观测与计时基础，介绍利用多颗脉冲星开展的广义相对论强场检验，阐述中子星结构对检验的影响，说明脉冲星计时在约束修正引力理论中的作用，并展望相关新望远镜与多手段协同前景。
2023-12-17 astro-ph.HE gr-qc
Effects of dark dipole radiation on eccentric supermassive black hole binary inspirals
School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学天文与空间科学学院）；School of Physics, Nanjing University（南京大学物理学院）
本文研究了暗偶极辐射如何通过加速超大质量黑洞双星并合，扩展其质量范围，并分析了其对低频引力波背景谱的影响。
2026-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Moment of Inertia of the Binary Pulsar J0737-3039A: Constraining the Nuclear Equation of State
我们构建了新发现的二进制脉冲星J 0737 - 3039 A的数值模型，无论是完全相对论，均匀旋转，平衡代码，处理任意自旋和相对论，慢旋转近似。我们比较了一个有代表性的样本的可行的核状态方程（EOS），跨越三个，定性不同，类模型的描述核物质的结果。未来从脉冲星计时数据动态测量中子星的转动惯量将对核状态方程施加重要的约束。即使是一个中等准确的测量（<~ 10%）也可能能够排除这些竞争类中的一些。利用测量到的质量、自旋和转动惯量来识别从不同EOS计算的最佳模型，可以确定脉冲星的半径。
2004-11-12 astro-ph gr-qc nucl-th
FrankenStat I: a New Approach to Pulsar Timing Array Data Combination
Oregon State University（俄勒冈州立大学）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Vanderbilt University（范德堡大学）
FrankenStat I提出了一种新的脉冲星定时阵列数据结合方法，通过非相干交叉相关分析提高数据处理效率，实现快速且高效的全数据结合。
2025-12-16 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Stringent Pulsar Timing Bounds on Light Scalar Couplings to Matter
讨论了与物质共形耦合和非形式耦合的标量张量理论对脉冲星时间的限制。将动力学简化为质心系中的运动，并使用平均异常参数化，我们发现了由共形和非形式相互作用引起的第一个后牛顿修正，其形式为广义拟开普勒解。我们还导出了标量辐射引起的辐射反作用力和相应的后开普勒参数。我们使用不同的脉冲星到达时间（TOA）数据集探测标量修正PKP。特别是，我们专注于大的轨道频率的系统的非正式耦合引起的PKP项的贡献是敏感的更高的频率。我们发现，最受约束的{ {脉冲星定时}}是PSR B1913+16和双脉冲星PSR J 0737 - 3039 A/B，是从太阳系中的Shapiro效应获得的共形耦合的Cassini束缚的量级。{ {使用其他脉冲星定时的组合约束给出了共形耦合$β^2 < 2.33 \cdot 10^{-5}$的上限和$Λ\geq 1.12 \ {\rm MeV}$的非正式耦合尺度的下限，其分别与Cassini约束和GW-170817约束相当}}。最后讨论了未来脉冲星伴黑洞定时的测量。
2023-03-01 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Forecasting Constraints on SIGW with Future Pulsar Timing Array Observations
通过预测未来脉冲星计时阵列数据集，探索约束二阶标量诱导引力波（SIGWs）的前景，评估当前信号对搜寻原初黑洞等引力波遗迹的限制，并指出未来PBH模型约束进展依赖于理论计算进步。
2025-04-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining the Stochastic Gravitational Wave Background with Photometric Surveys
随机引力波背景（SGWB）的探测对于理解黑洞的种群分布，特别是对于超大质量黑洞双星的种群分布是至关重要的。最近来自各种脉冲星定时阵列（PTA）合作的有希望的结果暗示了即将到来的检测。本文研究了相对天体测量引力波的探测方法，为微赫兹波段的SGWB研究提供了有益的参考。我们认为罗马太空望远镜和盖亚作为候选人，并定量讨论了调查的频率和空间域的灵敏度。我们强调调查的重要性，具体的约束性能估计考虑平均视场（FoV）信号减法和角功率谱分仓。我们的结论是，如果SGWB是在一个类似的水平，在PTA的估计，罗马和盖亚有可能检测到这种频域功率过剩。然而，罗马和盖亚都受到FoV限制，不太可能对SGWB的空间模式敏感。
2022-10-12 astro-ph.CO gr-qc
Future measurements of the Lense-Thirring effect in the Double Pulsar
双脉冲星系统PSR J 0737 - 3039 A/B已被证明是高精度测试广义相对论的理想实验室。随着更多年的定时测量和像平方公里阵列（SKA）这样的新望远镜，这些测试的精度将提高，像Lense-Thirring轨道进动这样的新效应将变得可测量。本文讨论了利用双脉冲星测量Lense-Thirring效应并由此约束中子星超核密度状态方程的前景。
2016-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Searching For Anisotropic Gravitational-wave Backgrounds Using Pulsar Timing Arrays
我们提出了模拟注射测试的第一个贝叶斯搜索管道能够调查的角度结构的引力波（GW）背景影响脉冲星信号的结果。来自许多nHz频率的吸入超大质量黑洞双星的非相干叠加的GW的随机背景可能是脉冲星定时阵列（PTA）可检测到的主要GW信号。即使人们可能期望由高红移宇宙学源群组成的背景是相当各向同性的，偏离各向同性可能表明局部GW热点或GW功率角分布中某种形式的连续各向异性。GWB会导致脉冲星信号的到达时间偏差，这些脉冲星信号在分离的脉冲星之间是相关的。在各向同性的背景下，这种互相关遵循一种独特的关系，称为海林斯和唐斯曲线，它只取决于两颗恒星的角间距。如果背景是各向异性的，则互相关是不同的，但是是可预测的，并且还取决于散射体的绝对位置。通过模拟包含GWB与各种各向异性配置的数据集，我们已经探索了使用不久的将来的数据约束各向异性的前景。我们发现，在中等到高信噪比的假设各向同性不再是一个适当的描述模拟的背景。此外，我们可以恢复注入的各向异性的性质在贝叶斯参数估计搜索，并提出了一个先验的各向异性搜索空间的动机的物理性的隐含分布的来源。
2013-07-19 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Cross-correlating Astrometric and Timing Residuals to Constrain Stochastic Gravitational-Wave Backgrounds
本研究推导了天体测量与计时残差混合可观测量响应随机引力波背景的广义Hellings-Downs曲线，计算了其探测信噪比与灵敏度，提出该方法可作为脉冲星计时阵探测的互补手段，未来亚毫角秒精度大视场巡天可实现引力波背景的跨频段独立检验。
2025-10-29 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Are we there yet? Time to detection of nanohertz gravitational waves based on pulsar-timing array limits
对毫秒双星阵列长达十年的定时观测，对超大质量黑洞双星合并产生的纳赫兹引力波随机信号的振幅设定了高度限制的上限（$\sim 10^{-15}$应变在$f = 1/\mathrm{yr}$）。这些限制表明，双星合并的速率被高估了，或者来自核气体或恒星的环境影响加速了轨道衰变，减少了最低，最敏感频率的引力波信号。这引发了一个问题：纳赫兹引力波是否有可能在不久的将来被探测到。在这封信中，我们定量地回答这个问题，使用简单的统计估计，推导出与当前上限兼容的真实信号幅度的范围，并计算预期的检测概率作为观测时间的函数。我们的结论是，由具有最小定时噪声的微卫星组成的小阵列，其产生最严格的上限，在未来二十年内进行检测的前景令人沮丧。相比之下，我们发现大型阵列是至关重要的检测，因为四极空间相关的引力波可以很好地采样的许多脉冲星对。事实上，在对合并率和环境影响从乐观到保守的各种假设下，监测一个庞大且不断扩大的恒星群的计时程序在未来10年内探测到引力波的概率是$\sim 80\%$。即使在双星系统的$90\%$在合并前停止，环境耦合效应降低了低频引力波功率的极端情况下，探测也最多延迟几年。
2016-03-08 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Constraining the range of Yukawa gravity interaction from S2 star orbits II: Bounds on graviton mass
最近，LIGO合作发现了引力波\cite{Abbott_16}，这是100年前A.爱因斯坦此外，在报告这一发现的关键论文中，LIGO \VIRGO联合团队提出了引力子质量的上限，如$m_g < 1.2 \times 10^{-22} eV$（Abbott et al.（LIGO协作）PRL 116（2016）061102）。由于引力子质量极限如此之小，作者得出的结论是，他们的观测数据并没有显示出对经典广义相对论的违反。我们认为另一个机会，以评估引力子质量的现象学后果的大规模引力，并表明明亮的恒星轨迹的分析可以绑定引力子质量与精度达到引力波干涉仪和预期即将到来的脉冲星定时观测引力波检测。它提供了一个机会，以治疗观测明亮的恒星附近的银河系中心作为一个很好的工具，不仅用于评估特定参数的黑洞，但也获得约束的基本引力定律，如修改牛顿引力定律在弱场近似。特别是，我们得到的引力子质量的基础上潜在的重建在银河系中心的界限。
2016-05-03 astro-ph.CO gr-qc
Constraining scalar-tensor theories by neutron star-balck hole gravitational wave events
随着探测器的不断升级，越来越多的引力波（GW）事件被LIGO科学合作组织和Virgo合作组织（LVC）捕获，这为验证广义相对论和探索引力本质提供了新的途径。虽然，各种模型独立的测试已经进行了LVC在以前的作品中，它仍然是有趣的，问什么样的限制特定的模型可以放置当前GW的观测。在这项工作中，我们专注于三个模型的标量张量理论，Brans-Dicke理论（BD），理论与标量化现象提出的Damour和Esposito-Farèse（DEF），和屏蔽修改重力（SMG）。从目前为止所有4个可能的NSBH事件中，我们使用其中两个来放置约束。另外两个被排除在这项工作中，由于可能的非物理偏差。我们考虑了在最内层稳定圆轨道处截止频率的螺旋范围，并在波形模板中加入了偶极子辐射的修正。通过求解不同状态方程下的Tolman-Oppenheimer-Schmidoff方程，导出了中子星在偶极项下的标量电荷。约束条件是通过在开源软件\texttt{Bilby}的帮助下执行完整的贝叶斯推断来获得的。结果表明，对于DEF理论，GWs给出的约束条件与脉冲星计时实验给出的约束条件相当，而对于BD和SMG理论，GWs给出的约束条件与当前太阳系的约束条件相比则不具有竞争力。
2021-08-12 gr-qc
Effects of Pulsar Rotation on Timing Measurements of the Double Pulsar System J0737-3039
我们研究了脉冲星自转对双星计时的影响，特别强调了双脉冲星系统J 0737 -3039。脉冲星轨道运动引起的特殊相对论性像差改变了脉冲星辐射方向相对于自旋轴的经度和余纬度。前者引起脉冲质心的到达时间的偏移（这是常规的“径向”畸变延迟），后者导致轨道时间尺度上的脉冲轮廓的失真（收缩或扩张）。脉冲畸变的幅度与脉冲两端偏振位置角的变化成反比。对于脉冲星磁轴和自旋轴之间的小角度，如从偏振观测中推断的PSR J 0737 - 3039 A，脉冲失真是显著的（\sim 1%），并且相关的“纬向”像差延迟远大于纵向像差延迟。通过监测作为脉冲星轨道相位的函数的单独脉冲分量的到达时间，可以容易地用当前定时精度测量纬向像差延迟，从而约束系统的自旋几何。纬度延迟也可以通过监测系统在大地岁差时标上的轨道参数来检测。由于PSR J 0737 -3039系统的轨道方向接近边缘，脉冲星A的无线电波束在其上合点附近的广义相对论弯曲也引入了与像差延迟相似数量级的自旋相关时间延迟。此外，光弯曲将脉冲轮廓分成两个可变分量，对应于源的两个引力透镜图像。透镜效应的检测是具有挑战性的，但可能是可能的与现有技术。
2006-02-21 astro-ph gr-qc
Efficient prescription to search for linear gravitational wave memory from hyperbolic black hole encounters and its application to the NANOGrav 12.5-year dataset
本研究提出一种高效建模方案，用于搜索双曲线黑洞并合产生的线性引力波记忆，经模拟验证后应用于NANOGrav 12.5年数据集，给出了95%置信水平的信号振幅上限，为后续PTA相关研究提供约束参考。
2024-05-16 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Binary Pulsar constraints on massless scalar-tensor theories using Bayesian statistics
双星系统提供了一些目前最严格的约束，对修改后的引力理论，这些约束只会越来越严格，因为射电天文学家继续计时这些系统。这些二元标量场特别擅长约束标量-张量理论，在这种理论中，除了度量张量之外，引力还受到标量场的调节。标量-张量理论可以预测与广义相对论的大偏差，因为它们允许通过称为标量化的现象违反强等价原理。这种效应直接出现在双星的计时模型中，因此，它可以通过精确的计时来严格限制。在本文中，我们调查这些限制的两个标量张量理论和一个大的现实状态方程组。我们计算的约束，可以放置饱和当前的$1σ$边界上的单个后开普勒参数，以及采用贝叶斯方法，通过马尔可夫链-蒙特卡罗模拟探索的约束，可以同时考虑所有测量参数时实现。我们的研究结果表明，这两种方法都能够放置类似的约束，它们都确实是由轨道周期衰减的测量占主导地位。贝叶斯方法，但是，允许一个同时探索的后验分布不仅是理论参数，但质量。
2019-01-03 gr-qc
Novel Solar System Probes for Primordial Black Holes
Vanderbilt University（范德堡大学）；Harvard University（哈佛大学）
本文提出利用太阳系尺度的新型探测方法，通过脉冲星计时阵列和柯伊伯带天体相互作用，探测原初黑洞在不同质量范围内的信号。
2025-11-07 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
Constraining string cosmology with the gravitational-wave background using the NANOGrav 15-year data set
本研究利用NANOGrav 15年数据，通过贝叶斯参数估计约束弦宇宙学模型参数，发现引力波背景信号与模型预测一致，并优于幂律模型，展示了脉冲星计时阵列研究早期宇宙的潜力。
2024-09-30 astro-ph.CO gr-qc
Constraining models of modified gravity with the double pulsar PSR J0737-3039A/B system
本文利用PSR J 0737 -3039双脉冲星系统的轨道周期P_b与用系统参数计算的纯开普勒周期P^（0）=2π \sqrt{a^3/G(m_A+m_B)}之间的Δ P = -1.772341 +/-13.153788 s，而系统参数的确定与开普勒定律本身无关，为了对一些修正引力模型（f（R），Yukawa第五力，MOND）施加约束。影响Δ P的主要误差来源不是唯象测量周期（δP_b=4 × 10^-6 s）中的误差，而是由相对半长轴a引起的计算开普勒周期中的系统不确定性δP^（0），而这主要是由恒星质量比R和sin i的误差引起的。我们得到|κ| < 0.8 10^-26 m^-2，该参数在f（R）框架中是理论非线性的度量，|α|第五种力强度参数< 5.5 10^-4（λ \approx a=0.006 AU）。MOND的强加速机制所预测的影响太小了，以至于在今天和将来都无法有效地加以限制。考虑到这样一个重要系统的连续定时，在不久的将来可能会发生这样的情况，即有可能获得更严格的约束。
2007-08-24 astro-ph gr-qc nucl-th
Origin and Implications of high eccentricities in massive black hole binaries at sub-pc scales
本文概述了星系合并过程中形成的亚秒差距大质量黑洞双星的偏心率演化。在恒星和气体环境中，MBHB在进入引力波（GW）观测领域之前，预计会增长较大的轨道偏心率。我们重新访问预测的偏心率检测的空间激光干涉仪（作为拟议的ELISA/NGO）的两种环境。接近聚结时，许多MBHB仍将保持可检测的离心率，范围从<10^{-5}到<~ 0.5。恒星和气体驱动的动力学导致不同的分布，后者有利于更大的偏心率。在较大的二元分离，当发射的GWs将被观测到脉冲星定时阵列（PTA），预期的偏心率通常是相当大的，在0.01-0.7的范围内，这对信号建模和检测算法提出了一个重要的问题。在这个窗口中，大偏心率也有建议的电磁对应的GW信号，我们简要回顾的影响。
2011-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Constraining Gravitational Waves from Superconducting Cosmic Strings with the Dark Ages $21$-cm Signal
Joint Institute for Nuclear Research（杜布纳联合核子研究所）
该研究采用CVOS模型计算超导宇宙弦的SGWB，发现黑暗时代21厘米信号可约束其参数空间，排除大量可行参数，凸显月球21厘米实验与引力波观测台的互补性。
2026-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Testing the universality of free fall towards dark matter with radio pulsars
用Eötvös参数$η_\oplus$描述的地球引力场对弱等效原理的违反，最近被显微镜空间飞行任务限制在$\left|η_\oplus\right| \lesssim 10^{-14}$水平。关于暗物质和普通物质的微分耦合的Eötvös参数$η_{\rm DM}$，只在$\left| η_{\rm DM} \right| \lesssim 10^{-5}$的水平上被Eöt-Wash小组和月球激光测距测试过。这个测试是有限的EP违反驱动力在太阳附近，这是由银河系分布的DM。本文提出了一个新的天体实验，利用双星射电计时的轨道动力学，得到了中子星-白矮星系统PSR J1713+0747的$η_{\rm DM}$的竞争极限.这一结果得益于NS和WD之间较大的物质差异，以及NS较大的引力结合能。如果我们能在银河系中心的$\sim 10$秒差距内发现一颗脉冲双星，在那里，预期的DM尖峰的驱动力要大得多，精确的计时将改善对DM的自由降落的普遍性的测试，并将DM与标准模型的各种拟议耦合约束几个数量级。这样的测试探索了引力是DM和普通物质之间唯一的长程相互作用的假设。
2018-05-22 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
European Pulsar Timing Array Limits on Continuous Gravitational Waves from Individual Supermassive Black Hole Binaries
我们已经在最新的EPTA数据集中搜索了可单独分辨的圆形超大质量黑洞双星（SMBHB）产生的连续引力波（CGW）信号，该数据集由41毫秒双星的超精确定时数据组成。我们开发频率论和贝叶斯检测算法来搜索单色和频率演化系统。所采用的算法没有证据表明存在这样一个CGW信号，表明数据是最好的描述脉冲星和辐射计噪声。根据所采用的检测算法，天空平均应变幅度的95%上限位于$5{\rm nHz}<f<7{\rm nHz}$处的范围$6\times 10^{-15}<A<1.5\times10^{-14}$内。该限制根据假定的源位置而变化五倍，并且最大约束限制朝向定时阵列中最敏感的天线的位置实现。最稳健的上限--通过对我们六个最佳脉冲星子集上的信号和脉冲星噪声同时进行全贝叶斯分析搜索获得--是$A\approx10^{-14}$。这些限制是迄今为止对$f<10{\rm nHz}$最严格的限制，排除了啁啾质量为$\cal{M}_c>10^9$ M $_\odot$的距离约为25 Mpc的亚厘秒差距双星，以及距离约为1 Gpc的$\cal{M}_c>10^{10}$ M $_\odot$（$z\approx0.2$）。我们表明，最先进的SMBHB群体模型预测$<1\%$检测CGW与当前EPTA数据集的概率，与报告的非检测一致。然而，我们强调，PTA对个人CGW的限制在过去五年中几乎提高了一个数量级。脉冲星…
2015-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
