Gravitational wave inference on a numerical-relativity simulation of a black hole merger beyond general relativity
我们应用普通的引力波推论程序对超越广义相对论的双黑洞合并波形进行研究。我们考虑动力学Chern-Simons引力，一个起源于弦论和圈量子引力的修正引力理论。这个理论引入了一个额外的参数$\ell$，对应于长度尺度，低于这个尺度，超广义相对论效应就变得重要了。我们模拟数据的基础上产生的数值相对论波形下的近似这个理论，这不同于那些广义相对论在强非线性合并制度。我们考虑一个系统的参数类似于GW 150914与不同的值的$\ell$和信噪比。我们对模拟数据进行了两次分析。第一个是基于模板的分析，使用波形推导下广义相对论，并允许我们识别两个波形形态之间的简并。第二种是基于贝叶斯波的形态独立分析，它不假设信号与广义相对论一致。贝叶斯波分析忠实地重建模拟信号。然而，在广义相对论下导出的波形模型不能完全模仿模拟的修正重力信号，并且这种偏差将用现有的推断工具来识别。根据偏差的大小，我们发现，模板化分析可以在完全恢复模拟的超GR波形中执行形态学独立的分析，即使对于可实现的信噪比$\gtrsim 20{-}30$。
2023-01-31 astro-ph.HE gr-qc
Surprises from the spins: astrophysics and relativity with detections of spinning black-hole mergers
对黑洞自旋的测量对于实现引力波天文学的承诺至关重要。在天体物理学方面，自旋可能是黑洞演化过程中最清晰的指标，因此提供了一种首选的方法来区分LIGO的黑洞是如何形成的。在相对论方面，自旋是造成特殊动力学现象（从长螺旋中的岁差调制到合并时的引力波反冲）的原因，这些现象编码了关于潜在天体物理过程的宝贵信息。我提出了一些例子来探索自旋动力学（相对论）和环境效应（天体物理学）之间的这种深刻而迷人的相互作用。黑洞的旋转确实在两个方面都隐藏着惊人的惊喜：形态，共振，超新星爆发的限制，多个合并世代等等。
2017-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Inspiral-merger-ringdown waveforms for black-hole binaries with non-precessing spins
基于完整的广义相对论对后旋、合并和衰荡的描述，首次给出了自旋非旋进的双黑洞的解析的旋进合并衰荡引力波形.通过匹配后牛顿描述的inspiral的一组数值相对论模拟，我们得到了一个波形的家庭，一个方便的少量的物理参数。这些波形将使我们能够检测到一个更大的参数空间的BBH聚结，包括相当一部分的进动二进制的可比质量制度，从而显着提高预期的检测率。
2011-06-08 astro-ph.CO gr-qc
Numerical relativity higher order gravitational waveforms of eccentric, spinning, non-precessing binary black hole mergers
我们使用开源的，社区驱动的，数值相对论软件，爱因斯坦工具包，研究偏心，旋转，非旋进的二进制黑洞合并与质量比$q=\{2, 4, 6\}$，个别无量纲自旋参数$χ_{1z}=\pm0.6$，$χ_{2z}=\pm0.3$，其中包括高阶引力波模式$\ell\leq4$，除了记忆模式的物理。假设恒星质量的二进制黑洞合并，可以检测到先进的LIGO探测器，我们发现，包括模式高达$\ell=4$增加的信号噪声之间的$3.5\%$到$35\%$的紧凑型二进制文件，相比，只包括$\ell=|m|=2$模式的信号。我们使用两个波形模型，TEOBResumS和SEOBNRE，其中包括自旋和偏心率校正的波形动力学，量化的轨道偏心率的数值相对论目录规范不变的方式，通过拟合因子计算。我们的研究结果表明，包含高阶波模式有一个可测量的影响，在恢复中度和高度偏心黑洞合并，因此，它是必不可少的波形模型和信号处理工具，准确地描述这些天体物理源的物理。
2023-03-21 gr-qc
Issues in the comparison of particle perturbations and numerical relativity for binary black hole mergers
最近的工作，提高效率的极端质量比吸气的计算产生了有用的副产品的比较相当质量的吸气粒子微扰（PP）的方法和数值相对论（NR）。在此我们指出：（1）在选择质量的重新标度时，必须考虑PP和NR方法的差异，即使是在最早的、最小的非线性区域;特别是必须解决重心效应。(2)必须注意PP中未纺丝残留物与NR中快速纺丝残留物的比较。
2022-10-14 gr-qc
Gravitational waveforms from binary neutron star mergers with high-order WENO schemes in numerical relativity
双中子星合并引力波形的理论模拟需要精确的相对论数值模拟。由于广义相对论流体动力学方案的精度较低以及$(3+1)$维模拟中可采用的网格分辨率，评估数值数据的收敛性和建立误差预算目前具有挑战性。在这项工作中，我们探讨了使用高阶加权基本无振荡（WENO）格式在中子星合并模拟和调查的准确性与这种方法得到的波形。我们发现，高阶WENO计划可以稳健地用于模拟吸气合并阶段，它们显着提高了评估的波形的误差预算相对于有限体积法。因此，高阶WENO格式可以有效地用于高质量的波形生产，也在未来的大规模调查的二进制参数空间。
2016-09-19 astro-ph.HE gr-qc
Tests of general relativity in the nonlinear regime: a parametrized plunge-merger-ringdown waveform model
提出一种参数化波形模型检验广义相对论在双黑洞合并非线性阶段的偏差，发现GW200129对GR的强烈违反可能源于波形系统误差或数据质量问题。
2023-05-23 astro-ph.HE gr-qc
Binary Black Hole Mergers in 3d Numerical Relativity
基于黑洞的穿刺表示，采用与时间无关的共形重标度，将基于最大切片和消失位移的ADM公式的黑洞数据数值演化的标准方法推广到包含线性动量和自旋的黑洞的非对称黑洞数据.我们给出了一个具体的三维数值实现的例子。模拟的主要结果是，这种方法首次允许通过黑洞螺旋的合并阶段的一个短暂时期来演变。
1999-03-11 astro-ph gr-qc
A modified Belinfante/Rosenfeld Procedure for Testing the Compatibility of General-Covariant Continuum Physics and General Relativity Theory
通过改进的Belinfante/Rosenfeld方法，导出了Mathisson-Papapetrou类方程，从而使广义协变连续统物理与广义相对论的比较成为可能。
2016-11-04 gr-qc
Study of eccentric binary black hole mergers using numerical relativity and an inspiral-merger-ringdown model
本研究实现并验证了偏心双黑洞波形模型\texttt{EccentricIMR}，确认其在一定偏心率与质量比范围内与数值相对论数据匹配良好，还用于交叉比对不同星表数据、检验圆轨道并合模型及探究平近点角的作用。
2024-03-06 gr-qc
An eccentric binary black hole inspiral-merger-ringdown gravitational waveform model from numerical relativity and post-Newtonian theory
本文提出了一种计算非自旋偏心双黑洞系统的螺旋、合并和衰荡引力波形的方法。使用后牛顿展开来计算螺旋波形，并且通过内插少量准圆形NR波形来计算合并波形。圆形合并波形的使用是可能的，因为偏心双星在合并前的最后几个周期中循环，我们证明了质量比$q = m_1/m_2 = 3$。完整的模型被校准到23个数值相对论（NR）模拟，从合并前的约20个周期开始，偏心率$e_\text{ref} \le 0.08$和质量比$q \le 3$，其中$e_\text{ref}$是合并前的偏心率约7个周期。NR波形足够长，使得对于具有总质量$M \ge 80 M_\odot$（$230 M_\odot$）的BBH系统，它们在30 Hz（10 Hz）以上开始。我们发现，对于先进的LIGO在其第一次观测运行时的灵敏度，偏心模型具有超过97%的NR的忠实性与系统的总质量$M \ge 85 M_\odot$在整个参数空间（$e_\text{ref} \le 0.08, q \le 3$）。对于总质量为$M \ge 70 M_\odot$的系统，对$e_\text{ref} \lesssim 0.05$和$q \le 3$的忠实度超过97%。该模型的NR波形和Mathematica代码是公开的。
2017-09-06 gr-qc
Characterization of numerical relativity waveforms of eccentric binary black hole mergers
我们介绍了一种方法来量化的初始偏心率，引力波频率，和平均异常的数值相对论模拟，描述非旋转的黑洞在中等偏心轨道。我们证明，这种方法提供了一个强大的特性偏心二进制黑洞合并与质量比$q\leq10$和偏心率$e_0\leq0.2$ 15个周期前合并。通过计算与准圆相对论波形的重叠，定量计算了文献[1]中介绍的各种偏心数值相对论波形的圆化率，发现它们在合并前的$50M$与${\cal{O}}\geq0.99$重叠，为质量比为$q\leq10$的中等偏心双星黑洞合并的圆化提供了证据.我们还量化了偏心二进制黑洞合并的表征，包括高阶波形模式的重要性。使用两种类型的数值波形，一个包括$(\ell, \, |m|)= \{(2,\,2),\, (2,\,1),\, (3,\,3),\, (3,\,2), \, (3,\,1),\, (4,\,4),\, (4,\,3),\, (4,\,2),\,(4,\,1)\}$和一个只包括$\ell=|m|=2$模式，我们发现，这两类波形之间的重叠是低$q=10$偏心二进制黑洞合并${\cal{O}}=0.89$，强调需要包括高阶波形模式的描述这些引力波源。我们讨论了这些发现对未来源建模和引力波探测工作的影响。
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Merger and Mass Ejection of Neutron-Star Binaries
中子星双星和黑洞-中子星双星的合并是地基引力波探测器最有希望的观测源之一，也是一种高能天体物理现象，在GW 170817事件中观测到的引力波和电磁波就说明了这一点。这些中子星双星的合并也是r-过程核合成最有希望的地点。完全广义相对论（数值相对论）的数值模拟是一种独特的方法，理论预测的合并过程，GWs发射，质量喷射过程，并导致EM发射。本文基于最新的数值相对论模拟结果，总结了我们目前对中子星合并和随后的物质抛射过程的认识。我们强调，数值相对论模拟的预测与GW 170817的光学和红外观测基本一致。
2019-08-06 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity Estimate for Black Hole Mergers with Numerical Relativity Simulations
LIGO和Virgo引力波天文台发现的黑洞合并的起源目前尚不清楚。GW 190521是迄今为止探测到的最重的黑洞合并。观测到它的高质量和可能的自旋诱导轨道进动可能是由近距离相遇后形成的双星引起的。近距离相遇的观测特征是偏心双轨道;然而，由于缺乏合适的引力波形，目前很难识别这一特征。在此，我们报道了611个覆盖整个偏心率范围的数值相对论模拟结果，并给出了一种探测偏心率的估算方法。我们的一组模拟对应于$\sim 10^5$波形，与引力波搜索中使用的数量相当，尽管具有更粗糙的质量比和自旋分辨率。我们将我们的方法应用于GW 190521，发现它与我们的波形组中的高度偏心（$e=0.69^{+0.17}_{-0.22}$ ; 90%可信水平）合并最一致。如果GW 190521-like合并的$\gtrsim10\%$是高度偏心的，则这种解释在具有$>10$比值比的非偏心合并中得到支持。可探测到的轨道偏心率将是反对孤立双星起源的证据，否则很难根据观测到的质量和自旋排除。
2022-01-27 astro-ph.HE gr-qc
Black hole mergers, gravitational waves and scaling relations
对引力波的观测为研究我们的宇宙提供了新的机会。特别是恒星黑洞的合并是当前引力波实验的主要目标。然而，为了做出准确的预测，有必要在数值广义相对论中模拟合并，这需要高性能的计算。虽然标度关系被用于对超大质量黑洞的模拟进行重新标度，但原始黑洞具有特定的属性，可以使重新标度无效。类似地，在爱因斯坦相对论之外的理论中，黑洞可以有不同的标度特性。在这篇文章中，我们考虑最一般的情况下的原始黑洞，如带电和自旋的黑洞的标度关系，并研究宇宙膨胀和霍金蒸发的影响。我们还考虑了更多的异国情调的黑洞模型，并推导出相应的标度关系，它可以比较的观察，以确定潜在的黑洞模型，并可用于重新标度的异国情调的黑洞合并的数值模拟。
2020-08-06 astro-ph.CO gr-qc
Plunge-Merger-Ringdown Tests of General Relativity with GW250114
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Nottingham Centre of Gravity & School of Mathematical Sciences, University of Nottingham（诺丁汉大学重力研究中心与数学科学学院）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）
利用引力波GW250114测试广义相对论在强引力非线性阶段的符合性，采用参数化波形模型约束二体系统偏离程度，发现峰值引力波振幅和瞬时频率的偏离分别限制在10%和4%。
2026-01-22 gr-qc hep-ph
Characteristic extraction in numerical relativity: binary black hole merger waveforms at null infinity
引力辐射的精确模拟是引力波天文学的关键问题。随着模拟代码达到更高的精度，当前数值相对论波提取方法中固有的系统误差变得明显，并可能导致对数据的错误天体物理解释。在本文中，我们给出了一个详细的描述的柯西特征提取技术应用于二进制黑洞螺旋和合并的演变，以获得引力波形的定义明确，即在未来的零无穷大。通过这种方法，我们消除了有限半径近似和需要从近区外推数据。此外，我们证明了该方法是免费的规范效应，因此只受数值误差。各种一致性检查表明，能量和角动量守恒到高精度，并与外推数据非常一致。此外，我们重新计算了引力反冲，发现有限半径外推法很好地近似了$\scri$的结果。然而，外推数据的（非收敛）系统差异与柯西演化的（收敛）离散化误差具有相同的数量级，因此突出了正确提取波的必要性。
2010-03-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Neutron star mergers as a probe of modifications of general relativity with finite-range scalar forces
对致密双星系统引力辐射的观测为在强场动力学体系中检验广义相对论提供了前所未有的机会。在这篇文章中，我们研究了未来观测的引力辐射从双星中子星合并可能提供约束有限范围的力量从一个普遍耦合的大质量标量场。这样的标量自由度是广义相对论的许多扩展的特征。具体来说，我们的工作的背景下，度量$f(R)$重力，这是等效于广义相对论和一个普遍耦合的标量场的非线性潜力，其形式是固定的选择$f(R)$。在理论上，中子星（或其他致密天体）会获得一个显著的标量电荷，由此产生的吸引有限程标量力对双星系统的螺旋和合并阶段都有影响。本文首先分析了牛顿极限下的内旋动力学，并预测了Advanced LIGO引力波观测站中致密天体标量和电荷的质量约束。然后，我们进行了比较研究的二元中子星合并在广义相对论的$f(R)$重力使用完全相对论流体动力学模拟的一个参数模型。这些模拟阐明标量的合并和合并后的动态的影响。我们评论的实用程序的完整波形（螺旋，合并，合并后）探测不同区域的参数空间的特定模型的$f(R)$重力研究这里和有限范围的标量力更一般。
2018-02-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The impact of higher derivative corrections to General Relativity on black hole mergers
本文将 Emparan–Martínez 的极端质量比黑洞并合方法推广到高导数引力，并以 Einsteinian cubic gravity 为例分析耦合参数对并合时长与视界面积相对增量的影响。
2024-09-09 gr-qc
Compact Binary Merger Rate with Modified Gravity in Dark-Matter Spikes
本研究探讨了修正引力对超大质量黑洞周围暗物质尖峰内致密双星并合率的影响，发现修正引力预测的并合率高于广义相对论，并结合 LIGO-Virgo 观测约束了理论参数和 PBH 丰度。
2024-10-22 astro-ph.CO gr-qc
Study of General Relativity and $f(R)$ Modified Gravity with Cosmological Constant for Einstein and Jordan Frames
本文研究了度量形式下一类修正引力理论中暴胀的玩具模型。我们不采用标准的方法--假设一个非线性拉格朗日$f(R)$在约当坐标系中--而是从爱因斯坦坐标系中的一个简单的π ^2势出发，研究前一个图中相应的$f(R)$。这种方法产生了大量的新信息，即一个自终止的线性拉格朗日的暴胀解决方案，一个强大的标准，这种理论的稳定性，一个动态的有效潜力的Ricci标量$R$，增加了一个特设的宇宙学常数在爱因斯坦框架导致热力学解释这个物理系统，这使得进一步了解其（Meta）的稳定性和演化。
2020-11-04 astro-ph.CO gr-qc
Testing general relativity using gravitational wave signals from the inspiral, merger and ringdown of binary black holes
高级LIGO最近对合并双黑洞的引力波（GW）的观测开辟了一个独特的实验室，以在高度相对论性的制度中测试广义相对论（GR）。用来确定第一个LIGO事件与GR预测的二元黑洞合并的一致性的测试之一是inspiral-merge-ringdown一致性测试。这涉及到从观测信号的内旋（低频）部分推断残余黑洞的质量和自旋，并检查推断参数与从信号的后内旋（高频）部分估计的参数的一致性。基于观测到的双黑洞合并率，我们预计先进的GW天文台在其设计灵敏度下运行时，每年将观测到数百个双黑洞合并，其中大多数具有适度的信噪比（SNR）。预期这样的观察，本文展示了如何从大量的事件与适度的信噪比的约束可以结合起来，产生强大的约束，从GR的偏差。使用组装修改GR波形，我们演示了如何测试可以识别某些类型的偏离GR，如果这种偏差存在于信号波形。我们还研究了该测试对各种不同分析参数的合理变化的稳健性。
2018-04-13 gr-qc
A Numerical Relativity Waveform Surrogate Model for Generically Precessing Binary Black Hole Mergers
一般的非偏心双星黑洞（BBH）系统发射的引力波（GW）完全由7个内禀参数描述：黑洞自旋矢量和它们的质量比。通过数值求解爱因斯坦方程来模拟BBH聚结在计算上是昂贵的，对于一组参数值需要数天到数月的计算资源。由于理论预测的GW往往需要许多不同的源参数，快速和准确的模型是必不可少的。我们提出了第一个代理模型的GWs从合并的BBHs，包括所有$7$尺寸的内在非偏心参数空间。代理模型，我们称之为NRSur7dq 2，是建立在$744$数值相对论模拟的结果。NRSur 7dq 2涵盖了高达$0.8$的自旋幅度和高达$2$的质量比，包括所有的$\ell \leq 4$模式，开始于合并前的$20$轨道，可以在$\sim~50\,\mathrm{ms}$中进行评估。我们发现最大的NRSur7dq2的错误是可比的数值相对论模拟中的最大错误，比其他波形模型的错误小一个数量级以上。我们的模型，以及更广泛地说，这里开发的方法，将使研究，否则将需要数百万的数值相对论波形，如参数推断和测试的广义相对论与GW的观测。
2018-09-22 gr-qc
Exploring the Use of Numerical Relativity Waveforms in Burst Analysis of Precessing Black Hole Mergers
近年来，数值相对论取得了巨大的进展，地基干涉型引力波探测器的性能也不断提高。在准备先进的LIGO和引力波天文学的新时代，数值相对论和引力波数据分析社区正在合作，以确定最有用的作用，数值相对论波形的检测和表征的二元黑洞合并。本文利用数值相对论波形和无模板搜索算法，研究了[80，350]Msol中等质量、旋进并合黑洞双星的可探测性。特别是，我们提出了一个系统的研究，使用波形产生的MAYAKRANC代码，被添加到有色，高斯噪声和分析的欧米茄突发搜索算法。探测效率与黑洞自旋轴的方向有关。我们发现探测效率与辐射能量和角动量之间有很强的相关性，并且至少包括l=2，m=+/-1，0模式，这对于解释旋进系统的完整动力学是必要的。
2010-10-25 gr-qc
Late Inspiral and Merger of Binary Black Holes in Scalar-Tensor Theories of Gravity
引力波观测将探测非线性引力相互作用，从而对爱因斯坦的广义相对论进行强有力的检验。本文在标量-张量引力理论中对双黑洞的晚期螺旋和合并进行了相对论数值研究。我们考虑在非均匀标量场中的黑洞双星，特别是在标量场气泡中的双星，在某些情况下具有潜在的。我们计算了偶极辐射的发射。我们还展示了这些配置如何触发标量-张量引力中的引力波与广义相对论中的相应波之间的可检测差异。我们的结论是，除了一个外部机制，以诱导动力学的标量场，标量张量引力双黑洞单独不能够唤醒一个休眠的标量场，因此，观察上无法区分从广义相对论对应。
2011-12-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Numerical Relativity Estimates of the Remnant Recoil Velocity in Binary Neutron Star Mergers
本文首次基于数值相对论模拟估计双中子星并合遗迹的反冲速度，发现其可达数十至150 km/s，并给出反冲速度与抛射物质关系的拟合公式，同时估计了遗迹质量与自旋范围。
2023-10-18 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-Wave Data Analysis with High-Precision Numerical Relativity Simulations of Boson Star mergers
本研究通过高精度数值模拟玻色子星双星并合，将引力波信号注入LIGO噪声，发现部分信号与现有模板简并但参数有偏，部分则具有独特特征。该方法为引力波数据分析提供了替代解释途径。
2024-11-07 gr-qc
Numerical Relativity Simulations of Precessing Binary Neutron Star Mergers
我们提出了第一套数值相对论模拟的二进制中子合并，包括自旋旋进效应，并与多个分辨率的演变。我们的模拟采用了广义相对论中一致的初始数据，具有不同的自旋组态和无量纲自旋幅度$\sim 0.1$。它们以$\sim392$ ~Hz的引力波频率开始，并覆盖超过$1$的岁差周期和大约15个轨道，直到合并。我们讨论的自旋进动动力学分析坐标轨迹，准本地自旋测量，和能量，通过比较自旋对齐，反对齐，和无旋配置。通过计算旋进后期引力波形对的失配，比较了不同自旋组态的引力波形。我们发现，旋进效应是无法区分的nonprecessing配置对齐的自旋约面对双星，而后者是区分从nonspinning配置。相反，自旋进动效应对于近似边缘的双星是清晰可见的。对于这里考虑的参数，岁差不会显着影响特征合并后的引力波频率，也没有质量喷射。我们的研究结果为模拟双星中子星事件引力波形中的自旋进动效应铺平了道路。
2017-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Physically consistent gravitational waveform for capturing beyond general relativity effects in the compact object merger phase
本文提出一种物理自洽的参数化引力波形，通过微扰修正捕捉致密双星并合阶段超越广义相对论的效应，并验证其能有效刻画非线性区域的偏离。
2025-09-22 gr-qc
Black hole thermodynamics and modified GUP consistent with doubly special relativity
在{\it Doubly狭义相对论}提出的{\it Modified Generalized不确定原理}框架下，利用对易关系研究了黑洞的热力学，得到了Schwarzschild黑洞的温度、熵和热容的修正项.
2012-12-22 gr-qc
Kilohertz Gravitational Waves From Binary Neutron Star Mergers: Numerical-relativity Informed Postmerger Model
我们提出了${\tt NRPMw}$，一个分析模型的引力波从中子星合并残留物通知使用618数值相对论（NR）模拟。${\tt NRPMw}$在频域中使用复数高斯小波的组合来设计。小波的参数校准状态方程（EOS）不敏感的关系从NR数据。NR模拟计算21 EOS（其中7个是有限温度的微物理模型，其中3个包含夸克相变或超子自由度）和跨度总二进制质量$M\in[2.4,3.4]~{\rm M}_\odot$，质量比高达$q=2$，（非旋进）无量纲自旋幅度高达${0.2}$。EOS不敏感的关系的理论不确定性被纳入${\tt NRPMw}$使用重新校准参数，提高了模型的灵活性和准确性。${\tt NRPMw}$是NR-忠实的，拟合因子${\gtrsim}0.9$是在102个模拟的独立验证集上计算的。
2022-05-18 astro-ph.HE gr-qc
Fusing numerical relativity and deep learning to detect higher-order multipole waveforms from eccentric binary black hole mergers
我们确定的质量比，偏心率和二进制的倾角，最大限度地提高了高阶波形多极$(\ell, \, |m|)= \{(2,\,2),\, (2,\,1),\, (3,\,3),\, (3,\,2), \, (3,\,1),\, (4,\,4),\, (4,\,3),\, (4,\,2),\,(4,\,1)\}$的引力波探测偏心双黑洞合并的贡献。我们进行这项研究，使用数值相对论波形，描述非旋转的黑洞二进制的质量比$1\leq q \leq 10$，轨道偏心率高达$e_0=0.18$ 15个周期前合并。对于恒星质量，非对称质量比，二元黑洞合并，并假设LIGO的零失谐高功率配置，我们发现，在参数空间的区域中，$\ell=|m|=2$波形建模的黑洞合并具有消失的信噪比，包括$(\ell, \, |m|)$模式使得能够以在30%到45%的信噪比范围内的信噪比来观测这些源。用$\ell=|m|=2$数值相对论波形模拟最佳取向的二元黑洞合并的噪声比。在确定了$(\ell, \, |m|)$模式对引力波探测很重要的参数空间后，我们构建了描述这些天体物理激励场景的波形信号，并证明了这些拓扑复杂的信号可以用深度学习算法在真实的LIGO噪声中检测和表征。
2019-08-15 astro-ph.HE gr-qc physics.comp-ph
Primordial Black Hole-Neutron Star Merger Rate in Modified Gravity
本研究探究Hu-Sawicki f(R)与nDGP两种修改引力模型下PBH-NS双星的并合率，考虑修改引力对暗物质晕属性的影响，发现其并合率高于广义相对论预测值，且与引力波观测的匹配度及PBH丰度约束受模型参数、PBH质量等因素影响。
2024-01-26 astro-ph.CO gr-qc
A Surrogate Model of Gravitational Waveforms from Numerical Relativity Simulations of Precessing Binary Black Hole Mergers
我们提出的第一个代理模型的引力波形从合并的进动双黑洞。我们称这个代理模型为NRSur4d2s。我们的方法显着扩展了最近推出的降阶和替代建模技术，并能够直接建模数值相对论波形，而不引入现象学假设或近似广义相对论。GW150914是LIGO首次探测到黑洞合并产生的引力波，受此启发，该模型由一组$276$数值相对论（NR）模拟建立，其中包含质量比$q \leq 2$，无量纲自旋幅度高达$0.8$，以及较小黑洞的初始自旋沿轨道角动量轴的限制。它产生的波形在合并前开始$\sim 30$引力波周期，并继续通过衰荡，其中包含进动的影响，以及所有$\ell \in \{2, 3\}$自旋加权球谐模式。我们进行了交叉验证研究，将模型与用于构建模型的NR波形\emph{not}进行比较，并在模型的参数范围内发现了比其他最先进的进动波形模型更好的一致性，其中$10^{-3}$具有典型的不匹配。我们还构建了一个频域代理模型（称为NRSur4d2s_FDROM），它可以在$50\, \mathrm{ms}$中进行评估，适合于进行类似于GW 150914的引力波探测的参数估计研究。
2017-05-03 gr-qc
Binary Black Hole Coalescence Phenomenology from Numerical Relativity
该研究为双黑洞并合现象学补充闭合极限近似，结合牛顿/后牛顿、闭合极限与黑洞微扰方法，实现对并合辐射及残余黑洞的合理预测。
2023-12-26 gr-qc
Testing General Relativity at Cosmological Scales: Implementation and Parameter Correlations
在宇宙学尺度上检验广义相对论已经成为一种可能和及时的努力，这不仅是由于宇宙加速的紧迫问题，而且也是由于对广义相对论的某些扩展的提议，这些扩展将在大尺度的距离上表现出来。在这里，我们分析修改后的重力增长参数和一些核心的宇宙学参数之间的相关性，使用最新的宇宙学数据集，包括改进的宇宙演化巡天3D弱透镜。我们提供了参数化的修正生长方程及其演化。我们实现了已知的功能和分箱方法，并提出了一种新的混合方法来发展的红移（时间）和规模的修改后的重力参数。混合参数化结合了一个装箱红移的依赖性和平滑的尺度演变，避免了跳跃的物质功率谱。为了测试当前和未来数据与广义相对论的一致性而开发的形式主义在我们公开提供的软件包中实现，并称为ISiTGR（测试广义相对论的集成软件），用于公开可用的软件包CosmoMC和CAMB的一组集成的修改模块，包括Ho等人的综合Sachs-Wolfe-星系交叉相关模块的修改版本和改进的HST的新弱透镜似然模块，COSMOS弱透镜层析成像数据。我们得到了参数约束和相关系数，发现所有演化方法的修正重力参数与σ_8显著相关，与Ω_m轻度相关。在混合法和分箱法中，σ_8和修正重力参数之间的简并性对于函数形式和某些特定的分箱都是显著的，这表明在使用未来的高精度数据时需要考虑这些简并性。
2011-12-23 astro-ph.CO gr-qc
Implementation of advanced Riemann solvers in a neutrino-radiation magnetohydrodynamics code in numerical relativity and its application to a binary neutron star merger
在数值相对论中微子辐射磁流体动力学程序中实现了先进的黎曼解HLLC和HLLD \cite{Mignone:2005ft,MUB:2009}以及先进的约束输运格式\cite{Gardiner:2007nc}。我们验证我们的实现进行了一系列的一维和多维测试问题的相对论流体力学和磁流体力学在闵可夫斯基时空和静态黑洞时空。我们发现，与先进的黎曼解的数值解是更准确的HLLE求解器\cite{DelZanna:2002rv}，这是最初实施在我们的代码。作为数值相对论的应用，我们模拟了不对称二元中子星合并，在有和没有磁场的情况下都会产生短暂的大质量中子星。我们发现，当我们使用扩散HLLE求解器时，合并后形成的旋转大质量中子星的寿命以及潮汐驱动的动力学喷出物的量被高估了。我们还发现，当我们采用HLLE求解器，因为求解器的大数值扩散的磁旋转不稳定性是解决较少。这导致了由大尺度极向磁场引起的磁绕组和由磁压力引起的流出能量的虚假增强。
2022-05-09 astro-ph.HE gr-qc
Physics of eccentric binary black hole mergers: A numerical relativity perspective
引力波观测的偏心双黑洞合并将提供明确的证据，这些系统的形成，通过动态组装在稠密的恒星环境。从电磁观测的角度来看，对这些天体物理学激发的源的研究是及时的，与球状星团M22和银河系中心恒星质量黑洞的存在以及地面引力波探测器的已证实的探测能力相一致。为了深入了解这些物体在动态强场引力体系中的物理特性，我们提出了一个包含89个数值相对论波形的目录，这些波形描述了质量比为$1\leq q \leq 10$的非自旋黑洞二元系统，初始偏心率高达合并前的$e_0=0.18$ 15个周期。我们使用这个目录来量化能量和角动量通过引力辐射的损失，以及黑洞残骸的天体物理性质，包括其最终质量和自旋，以及反冲速度。我们讨论了这些结果的影响引力波建模，并设计算法来搜索和识别偏心的二进制黑洞合并在现实的检测方案。
2019-09-05 astro-ph.CO astro-ph.HE cs.DC
Numerical relativity simulation of GW150914 in Einstein dilaton Gauss-Bonnet gravity
目前，在测试广义相对论（GR）与双黑洞引力波检测的挑战是无法执行模型相关的测试，由于合并波形的beyond-GR理论。在这项研究中，我们产生了第一个数值相对论二元黑洞引力波在爱因斯坦高斯-邦纳（EDGB）引力，一个更高的曲率理论的引力与动机在弦论。我们演化了一个二元黑洞系统，其参数与GW 150914一致。我们专注于合并部分的波形，由于存在的长期增长的inspiral阶段。我们计算与相应的广义相对论合并波形的不匹配，发现从后inspiral-仅分析，我们可以限制EDGB长度尺度为$\sqrt{α_\mathrm{GB}} \lesssim 11$ km。
2020-01-10 astro-ph.HE gr-qc
Computing Fast and Reliable Gravitational Waveforms of Binary Neutron Star Merger Remnants
在双星GW170817的螺旋中探测到了引力波，这使得对中子星状态方程的约束成为可能。如果探测到来自合并后残骸的引力波，状态方程可以进一步受到约束。目前，合并后的波形是由数值相对论模拟，这是计算昂贵。在这里，我们介绍了一个在数值相对论模拟上训练的分层模型，它可以在几分之一秒内生成可靠的合并后光谱。我们的光谱的平均拟合因子为0.95，相比之下，模拟相同物理系统的不同数值相对论代码之间的拟合因子为0.76和0.85。该方法是产生用于合并后检测和参数估计的大模板谱库的第一步。
2018-11-27 astro-ph.HE gr-qc
From massive gravity to modified general relativity II
我们继续在引力子质量消失的无质量极限下研究大质量引力。从规范不变性出发，我们导出了标量物质和引力之间最一般的耦合。我们得到了能量-动量张量的标准耦合之外的进一步耦合。在经典水平上，这导致了对广义相对论的进一步修正。
2009-12-06 gr-qc
Merger of binary neutron stars of unequal mass in full general relativity
本文给出了在完全广义相对论下不等质量中子星并合的三维数值模拟结果。采用$Γ$定律状态方程$P=(Γ-1)ρε$，其中$P$、$ρ$、$\varep$和$Γ$分别为压力、静止质量密度、比内能和绝热常数.我们取$Γ=2$和重子静止质量比$Q_M$在0.85- 1的范围内。典型的网格大小为$(x,y,z)$的$(633,633,317)$。我们改进了几个实现，因为最新的工作。在本程序中，考虑了引力波的辐射反应，具有很好的精度。这一事实使我们能够跟踪从螺旋晚期到并合阶段的合并过程，并合阶段的跃迁是由辐射反应触发的。结果表明，当系统的总静止质量大于球形中子星最大允许静止质量的$\sim 1.7$倍时，无论质量比如何，都将在合并后形成黑洞.比较了不等质量双星与等质量双星合并时的引力波形和结果。结果表明，黑洞周围的盘质量随静止质量比的减小而增大，随中子星的致密性的增大而减小。即使在$Q_M= 0.85$ -1的范围内，合并过程和引力波形也强烈地依赖于静止质量比。
2003-10-06 astro-ph gr-qc
Numerical-relativity simulations of long-lived remnants of binary neutron star mergers
我们分析了双中子星系统合并后，当残余物存活超过80 ms（最多140 ms）时所发射的引力波信号的性质。我们采用四个不同的分段多方状态方程补充的理想流体热分量。我们发现，合并后的阶段可以细分为三个阶段：早期合并后的阶段（四极模式和一些次主导功能是活跃的），中间合并后的阶段（只有四极模式是活跃的）和后期合并后的阶段（对流不稳定触发惯性模式）。惯性模式的频率略小于四极模式。在一个模型中，我们发现了一个有趣的协会的四极模式的共转的部分明星与复苏的幅度。在合并后的后期阶段，惯性模式的引力波发射集中在一个狭窄的频率区域，并有可能被计划中的第三代探测器探测到。这使得不仅可以探测状态方程的冷部分，还可以探测它对有限温度的依赖性。鉴于这些结果，研究不同类型的粘性对双中子星合并残留物中惯性模潜在激发的影响将是重要的。
2020-03-21 astro-ph.HE gr-qc
Characteristic classes in general relativity on a modified Poincare curvature bundle
在时空流形的特征类进行了讨论，为偶数和奇数维时空。特别是，它表明，爱因斯坦-希尔伯特行动是相当于第二陈类的修改庞加莱束在四维。因此，宇宙学常数和能量-动量张量的迹成为模R/Z可除的。
2017-06-09 gr-qc
Evolution of equal mass binary bare quark stars in full general relativity: could a supramassive merger remnant experience prompt collapse?
我们已经发展了合并的等质量的二元夸克星，其总质量接近的质量脱落极限的均匀旋转的配置，在完全广义相对论流体动力学模拟，旨在调查合并后的结果。特别是，我们已经确定了合并后迅速形成黑洞的阈值质量，通过跟踪最小的失效函数，以及在合并模拟过程中喷出的物质的量。一个半解析调查的基础上所包含的合并残余物的角动量也进行了验证的结果。对于在这项工作中考虑的状态方程，TOV解决方案的最大质量为2.10 $M_\odot$，阈值质量之间的3.05和3.10 $M_\odot$。这一结果与由对称双星中子星合并的数值结果导出的普适关系是一致的（定量误差小于1%）。与中子星的情况相反，阈值质量接近均匀旋转夸克星的质量脱落极限。因此，我们发现，总质量相当于长寿命超大质量残留物（中子星）的夸克星双星，可以在几倍的动力学时间尺度内坍缩成黑洞，这使得夸克星成为通常被接受的中子星双星合并后的例外。我们对夸克星和中子星之间的相似性和差异性提出了解释。
2021-11-01 astro-ph.HE gr-qc
Probing General Relativity With Mergers of Supermassive and Intermediate-Mass Black Holes
最近的观测和恒星动力学模拟表明，数千个太阳质量的黑洞可以在紧凑的大质量年轻星团中形成。任何这样的星系团在其宿主星系的凸出部分都会在数亿年内螺旋形地到达中心，在那里它们的中等质量黑洞很可能最终与星系的超大质量黑洞合并。如果这种合并是常见的，那么未来的空间引力波探测器，如激光干涉仪空间天线，将以如此高的信噪比探测它们，以至于在螺旋的末端，轨道将在简单的功率密度谱中可见，而不需要匹配滤波。本文讨论了星系核区星系团螺旋运动的天体物理学以及随后的中等质量黑洞与超大质量黑洞的合并。我们还研究了理解旋转黑洞的时空几何的前景，根据这些极端质量比的吸气结束附近可见的强信号的相位连接。
2004-09-21 astro-ph gr-qc
Inspiral-Merger-Ringdown Consistency Tests with Higher Modes on Gravitational Signals from the Second Observing Run of LIGO and Virgo
目前对广义相对论的检验是使用近似法进行的，这种近似法忽略了爱因斯坦理论完整解的一个关键特征：高阶模。我们的分析将重新评估这些测试，包括这些高阶模式的影响。我们已经选择进行吸气合并振铃一致性测试的引力瞬变探测LIGO和处女座在观测运行O2。我们使用一个近似，其中包括所有更高的模式与$\ell \le 4$（NRSur 7 dq 2），然后，对于最有趣的情况下，我们重复的测试，涉及适合数值相对论模拟。
2019-03-14 gr-qc
Numerical-relativity simulations of the quasi-circular inspiral and merger of non-spinning, charged black holes: methods and comparison with approximate approaches
我们提出了完全广义相对论模拟的准圆形inspiral和合并的收费，非自旋，二元黑洞与电荷质量比$λ\le 0.3$。我们讨论的关键功能，使这些二进制文件的长期和稳定的演变。我们还提出了一种计算电磁波携带的角动量的形式，以及电磁波对黑洞视界性质的贡献。我们实现我们的形式主义，并提出了第一次在数值相对论模拟的结果。此外，我们比较我们的完整的非线性解决方案与现有的近似模型的螺旋和振铃阶段。我们表明，牛顿模型的基础上的四极近似有20%-100%的误差在关键规范不变的数量。另一方面，对于所考虑的系统，我们发现，基于Kerr-Newman时空中测试粒子运动的残余黑洞自旋的估计与我们的非线性计算在百分之几以内一致。最后，我们讨论了未来的引力波探测器检测黑洞电荷的前景，无论是使用的inspiral-merge-ringdown信号或单独的ringdown信号。
2022-08-11 astro-ph.HE gr-qc
High-resolution numerical relativity simulations of spinning binary neutron star mergers
最近探测到两颗中子星碰撞期间和之后发射的引力波和电磁波，标志着多信使天文学领域的突破。数值相对论模拟是唯一的工具来描述的合并动力学的制度时，速度最大，引力最强。在这项工作中，我们报告了最先进的双中子星模拟无旋（非自旋）和自旋配置。这些模拟的主要用途是模拟引力波信号。关键的数值要求是了解数值数据的收敛特性和详细的误差预算。模拟已经在不同的HPC集群上进行，它们使用多种网格分辨率，并且基于偏心率减少的准圆形初始数据。我们得到收敛波形的相位误差为0.5-1.5拉德积累超过约12个轨道合并。波形已被用于构造一个唯象波形模型，该模型已被应用于分析最近的双星中子星的探测。此外，我们表明，数据也可以用来测试其他国家的最先进的半解析波形模型。
2018-03-21 astro-ph.HE gr-qc
A first survey of spinning eccentric black hole mergers: Numerical relativity simulations, hybrid waveforms, and parameter estimation
我们分析了一个新的数值相对论数据集的自旋，但nonprecessing二进制黑洞偏心轨道，偏心率从约$0.1$ $0.5$，与无量纲自旋$0.75$包括在质量比$q=m_1/m_2 = (1, 2)$，并进一步nonspinning二进制质量比$q = (1.5, 3, 4)$。这些模拟的最终质量和自旋与noneccentric数据的比较扩展了以前的结果在文献中的旋转情况下的偏心双星的圆化。对于$(l,m)=(2,2)$自旋加权球谐模，我们构建偏心混合波形连接的数值相对论数据后牛顿描述的inspiral，我们讨论了在当前知识的局限性后牛顿理论复杂的偏心混合波形的产生。我们还进行了贝叶斯参数估计研究，量化参数偏差时，使用三种不同的准圆形波形模型来估计高偏心二进制系统的参数。我们发现，所使用的对齐自旋准圆模型包括高阶模式产生较低的偏置在某些参数比非旋进准圆模型没有高阶模式和准圆旋进模型。
2020-04-12 gr-qc
Numerical relativity simulations of neutron star merger remnants using conservative mesh refinement
我们研究相等和不等质量的中子星合并通过新的数值相对论模拟，其中广义相对论流体动力学求解器采用的算法，保证质量守恒的计算网格的细化水平。我们考虑了八个具有总质量$M=2.7\,M_\odot$、质量比$q=1$和$q=1.16$、四个不同状态方程的二元组态，以及一个具有刚性状态方程的组态，$M=2.5M_\odot$和$q=1.5$ .我们着重于并合后的动力学，研究了并合残余物、动力学喷出物和并合后引力波谱。虽然大多数合并的残余物形成一个超大质量的中子星坍缩成一个黑洞+磁盘系统的动力学时标，刚性的EOS最终可以产生一个稳定的大质量中子星。喷出物主要在轨道平面周围发射;受到大质量比和较软EOS的青睐。合并后波谱的主要特征是残余物的非轴对称振荡。由$1.5M_\odot$和$1.0M_\odot$中子星组成的刚性物态方程组态显示出相当奇特的动力学。在合并过程中，伴星变形很大，约~ $\sim0.03M_\odot$的静止质量由于力矩而脱离潮汐尾，合并残余物形成稳定的中子星，周围是一个巨大的吸积盘$\sim0.3M_\odot$。类似的配置可能对电磁对应物特别感兴趣。比较有和没有保守的网格细化算法得到的结果，我们发现，合并后的模拟可能会受到系统误差的影响，如果没有强制执行的网格细化策略中的质量守恒。然而，质量守恒还取决于网格细节和人工大气设置。[删节]
2015-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Mapping dynamical ejecta and disk masses from numerical relativity simulations of neutron star mergers
我们提出了拟合公式的动力学喷出物的性质和残余磁盘质量从最大的数值相对论模拟的样本。所考虑的数据包括一些最新的模拟与微物理核状态方程（EOS）和中微子输运以及其他结果与多方EOS在文献中。我们的分析表明，广泛的功能的动态喷出物和磁盘的属性可以捕获拟合表达式，依赖于质量比和约化潮汐参数。文献数据的对比分析表明，微物理和中微子吸收的动力学喷出物的性质有显着的影响。微物理核状态方程导致平均速度小于多方状态方程，而包括中微子吸收导致较大的平均喷出物质量和电子分数。因此，微物理和中微子输运是必要的，以获得定量模型的喷出物的二元参数。
2021-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Black-hole binaries, gravitational waves, and numerical relativity
理解广义相对论对两个黑洞动力学相互作用的预言一直是理论物理学中一个长期未解决的问题。黑洞合并是天文学上的重大事件，以引力辐射的形式释放出巨大的能量，是地基和天基引力波探测器的关键来源。黑洞合并的动力学和由此产生的引力波形只能通过爱因斯坦的广义相对论方程的数值模拟来计算。多年来，试图模拟这些合并的数值相对主义者遇到了一系列问题，导致他们的代码在可以模拟双星轨道的一小部分后崩溃。然而，最近，数值相对论的一系列重大进展使稳定、可靠的黑洞合并模拟成为可能。这一显着的进展，在迅速成熟的领域的数值相对论，和新的理解黑洞二元动力学正在出现的是编年史。这些基本物理结果的重要应用天体物理学，引力波天文学，并在其他领域进行了讨论。
2010-11-27 astro-ph.HE gr-qc math-ph
Gravitational waveforms for high spin and high mass-ratio binary black holes: A synergistic use of numerical-relativity codes
观测和描述来自双黑洞的引力波需要对预期波形有准确的了解。波形的后期螺旋和合并相位通过全三维爱因斯坦方程的直接数值积分获得。光谱爱因斯坦代码（SpEC）利用多域伪光谱方法紧密适应的黑洞的几何形状，它是计算效率和准确的，但-高质量比和大自旋-有时需要手动微调的合并阶段的二进制文件。爱因斯坦工具包（ET）采用有限差分法和移动穿刺技术，它是计算效率较低，但高度鲁棒。对于一些高质量比和大自旋的合并，SpEC中使用的有效的数值算法失败了，而ET中使用的简单算法是成功的。鉴于迫切需要测试目前用于LIGO和Virgo推断分析的波形模型的准确性，以获得高质量比和自旋，我们在这里提出了一种协同方法来实现数值相对论：我们将SpEC和ET波形组合成完整的吸气合并振铃波形，利用吸气期间伪谱码的计算效率，以及有限差分码在合并时的鲁棒性。我们验证我们的方法对两个代码的完整波形的情况下，计算三个新的混合数值相对论波形，并将它们与目前在LIGO和处女座科学中使用的分析波形模型进行比较。所有的波形和混合代码都是公开的。
2018-10-24 gr-qc
