Reanalysis of the binary neutron star mergers GW170817 and GW190425 using numerical-relativity calibrated waveform models
我们重新分析引力波从双星中子星合并GW170817和GW190425使用数值相对论（NR）校准的波形模型，TF2+_京都模型，其中包括非线性潮汐项。对于GW170817，通过对二元潮汐变形性$\tildeΛ$施加均匀先验，对于$f_\mathrm{max}=1000$和$2048~\mathrm{Hz}$的情况，$\tildeΛ$的对称$90\%$可信区间分别估计为$481^{+436}_{-359}$和$402^{+465}_{-279}$，其中$f_\mathrm{max}$是分析中的最大频率。我们还使用其他波形模型重新分析了该事件：两个后牛顿波形模型（TF2_PNTidal和TF2+_PNTidal），TF2+_NRTidal模型是另一个NR校准波形模型，及其升级，TF2+_NRTidalv2模型。虽然估计的参数以外的$\tildeΛ$是广泛一致的各种波形模型，我们的研究结果表明，估计的$\tildeΛ$依赖于波形模型。但是，差异小于统计误差。对于GW190425，我们只能得到很少的关于双星潮汐变形能力的信息。随着探测器和事件数量的增加以及探测器灵敏度的提高，NR校准波形模型之间的系统差异对于测量$\tildeΛ$将变得显著。
2020-10-08 astro-ph.HE gr-qc
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
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
Closed-form tidal approximants for binary neutron star gravitational waveforms constructed from high-resolution numerical relativity simulations
我们构造了含潮汐效应的双中子星并合引力波形。该方法依赖于一组新的偏心减少和高分辨率数值相对论（NR）模拟，并由三个步骤组成。首先，从时域NR数据中提取对GW阶段的潮汐贡献。其次，这些贡献被用来固定高阶系数的有效和图解后牛顿表达式。第三，利用定相近似建立频域潮汐近似。我们的潮汐近似是有效的，从低频率到强场制度和合并。它们可以被解析地添加到任何二元黑洞GW模型中，以获得二元中子星波形，无论是在时域还是在频域。这项工作提供了简单，灵活，准确的模型准备用于搜索和参数估计的二元中子星事件。
2018-07-05 astro-ph.HE gr-qc
Targeted large mass ratio numerical relativity surrogate waveform model for GW190814
引力波观测的大质量比紧凑的双星合并，如GW 190814突出了需要可靠的，高精度的波形模板，这样的系统。我们提出了NRHybSur2dq15，一个新的代理模型训练的混合数值相对论（NR）波形与质量比$q\leq15$，并对齐自旋$|χ_{1z}|\leq0.5$和$χ_{2z}=0$。我们的目标是GW190814类事件的参数空间，因为大质量比NR模拟非常昂贵。该模型包括（2，2），（2，1），（3，3），（4，4）和（5，5）自旋加权球谐模，并跨越整个LIGO带宽（$f_{\mathrm{low}}=20$ Hz）的总质量$M \gtrsim 9.5 \, M_{\odot}$。NRHybSur2dq15精确地再现了混合波形，总质量$10 \, M_{\odot} \leq M \leq 300 \, M_{\odot}$的失配低于$\sim 2 \times 10^{-3}$。这至少是一个数量级的改进，现有的半分析模型GW190814类系统。最后，我们重新分析GW190814与新的模型，并获得源参数约束与以前的工作一致。
2022-07-15 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Wave Tests of Strong Field General Relativity with Binary Inspirals: Realistic Injections and Optimal Model Selection
我们研究了强场广义相对论的一般测试，使用引力波发射过程中的紧密双星的螺旋。以前的研究已经考虑了简单的扩展标准后牛顿的波形，不同的一个单一的阶段。在这里，我们通过（i）增加注射的真实性和（ii）确定用于检测和表征此类信号的最佳波形族来改进这些研究。我们通过一系列后牛顿项构建了偏离广义相对论的波形，并发现这些高阶项可以影响我们测试广义相对论的能力，在某些情况下，通过使其更容易检测偏差，在某些情况下，通过使其更困难。我们发现，简单的单相后爱因斯坦波形是足够的检测偏离广义相对论，并从使用更复杂的模型与多个相位项几乎没有得到。这里发现的结果将有助于指导未来用先进的地面探测器测试广义相对论的尝试。
2013-03-05 astro-ph.HE gr-qc
Tests of general relativity in the nonlinear regime: a parametrized plunge-merger-ringdown gravitational waveform model
在有效单体框架下开发了参数化俯冲-合并-铃宕引力波形模型，用于探测非线性引力并约束广义相对论偏离，发现GW150914约束约20%，并揭示了GW200129_065458的波形系统误差影响。
2023-08-02 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
Validating the Effective-One-Body Numerical-Relativity Waveform Models for Spin-aligned Binary Black Holes along Eccentric Orbits
自旋排列双黑洞的连续单体（EOB）数值相对论（NR）波形模型，即SEOBNR波形模型，是基于EOB理论框架和NR模拟的。SEOBNR模型在LIGO科学合作（LSC）引力波（GW）数据分析中的信号搜索和参数估计中发挥了重要作用。准圆轨道的SEOBNR模型通过扩展其有效域并包括更多NR结果，已经从版本1发展到版本4。沿着另一个方向，我们最近将SEOBNRv 1模型扩展到SEOBNRE模型，该模型适用于自旋取向的BBH沿偏心轨道的聚并。在本文中，我们验证这个理论波形模型进行比较，对数值相对论模拟银行，模拟极端时空（SXS）目录。总共研究了278个NR波形，其中包括具有大偏心率、大自旋和大质量比的双星。我们的SEOBNRE可以很好地模拟NR波形。278个波形的拟合因子大多数大于99%。这表明SEOBNRE模型可以作为偏心自旋定向BBH聚并的模板波形。
2019-10-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Deep learning waveform anomaly detector for numerical relativity catalogs
本文开发了一种深度学习模型，用于检测SXS数值相对论目录中双黑洞波形的异常，并在1341个模拟中识别出七类并合阶段异常。
2024-02-21 gr-qc
Interpolation in waveform space: enhancing the accuracy of gravitational waveform families using numerical relativity
在引力波天线数据中识别致密天体合并的匹配滤波包括将数据流与一组模板引力波形进行比较。典型地，模板库由现象学波形模型构造，因为这些可以针对物理参数的任意选择来评估。最近，已经提出，奇异值分解（SVD）可以用来减少检测所需的模板的数量。正如我们在这里所展示的，SVD的另一个好处是它从现象学模板中去除了偏差，同时相应地提高了它们表示从数值相关性（NR）模拟中获得的波形信号的能力。使用这些想法，我们提出了一种方法，校准减少SVD基础上的现象学波形对NR波形，以构建一个新的波形近似与原始的现象学模型相比，提高了准确性和忠实性。新的波形族通过插值NR波形的投影系数扩展到约化基上的数值计算给出，并提供了一个增强唯象模型的通用方案。
2012-11-29 gr-qc
Matching post-Newtonian and numerical relativity waveforms: systematic errors and a new phenomenological model for non-precessing black hole binaries
提出了一个新的非旋进自旋黑洞双星的旋进和并合唯象引力波形模型。我们的方法是基于后牛顿inspiral波形与基于数值相对论的二元黑洞合并波形的频域匹配。我们量化的各种可能的来源，出现在匹配后牛顿和数值相对论波形的系统误差，我们使用的匹配标准的基础上尽量减少这些错误，我们发现，主要的错误来源是那些在合并附近的后牛顿波形。给出了非进动黑洞双星引力辐射主模的解析公式，该公式描述了混合波形的现象。在当前的引力波搜索中实施它应该允许交叉检查其他吸气合并振铃波形族，并提高引力波搜索的范围。
2010-08-03 gr-qc
Learning Inspiral-Merger-Ringdown Waveforms from a Post-Newtonian Baseline
University of Puerto Rico Mayagüez（波多黎各大学马亚圭兹分校）；Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立学院）
提出一种机器学习驱动的波形建模方法，用Kolmogorov-Arnold网络从SXS波形学习残差修正，增强而非取代解析波形结构，在75个模拟上实现中位失配2.7×10⁻⁵。
2026-09-25 astro-ph.HE gr-qc
CoRe database of binary neutron star merger waveforms and its application in waveform development
我们介绍了计算相对论CoRe合作的引力波形的公共数据库从二进制中子星合并。该数据库目前包含367个波形，这些波形来自符合广义相对论的数值模拟，并采用满足流体动力学平衡初始数据的约束。它跨越164个物理上不同的配置，具有不同的二进制参数（总二进制质量，质量比，初始分离，离心率和恒星的自旋）和模拟物理。提供了在多个网格分辨率和提取半径下计算的波形，以控制数值不确定性。我们还发布了一组示例性的18个混合波形，这些波形是用最先进的有效单体模型构建的，跨越了先进的引力波探测器的频带。我们概述了目前和未来的应用程序的数据库引力波天文学。
2018-06-05 astro-ph.HE gr-qc
Remnant black hole properties from numerical-relativity-informed perturbation theory and implications for waveform modelling
在双黑洞（BBH）合并过程中，能量和动量以引力辐射的形式从双星系统中带走。获得辐射的能量和动量使我们能够预测残余黑洞的性质。我们开发了一个Python软件包gw_resident来计算残余质量、残余自旋、峰值光度以及残余黑洞从引力辐射中得到的最后一击。使用该软件包，我们计算了质量比q=2.5 ~ q=1000的非自旋BBH合并的最终黑洞的剩余性质，并使用了最近发展的基于黑洞微扰理论框架的数值相对论代理模型BHPTNRSur 1dq 1 e4产生的波形模式.我们验证了我们的结果对剩余的属性估计从数值相对论（NR）代理模型在可比的质量比制度，并对最近可用的高质量比NR模拟在q=[15，32，64]。我们发现，我们的剩余财产估计计算通量在未来零无限接近匹配的估计从NR代理模型的表观地平线数据。利用高斯过程回归拟合方法，我们训练了一个代理模型{BHPTNR_Remnant，用于描述质量比从q=2.5到q=1000的BBH合并产生的剩余黑洞的性质.最后，我们讨论了潜在的改进BHPTNRSur 1dq 1 e4波形模型时，包括剩余信息。我们公开了gw_resident和BHPTNR_Remnant包。
2023-02-12 astro-ph.HE gr-qc
Analytical meets numerical relativity - status of complete gravitational waveform models for binary black holes
合并黑洞双星的引力波形模型在探测和解释大尺度干涉仪数据中这些双星的特征方面发挥着至关重要的作用。在这里，我们总结了最近的模型，结合分析近似和数值相对论的信息。我们简要地布局和比较的策略，建立这样的完整的模型，我们概括的错误与建模过程的各个方面。
2012-02-24 gr-qc
Quasinormal modes from numerical relativity with Bayesian inference
University of Cambridge（剑桥大学）
提出高斯过程模型量化数值相对论波形的不确定性，并高效采样准正则模后验，应用于柯西-特征演化波形的准正则模分析。
2026-06-25 astro-ph.HE gr-qc
Accuracy of numerical relativity waveforms with respect to space-based gravitational wave detectors
针对空间引力波探测器数值相对论波形精度研究不足的问题，本文研究发现现有数值相对论波形对LISA、太极、天琴的精度达99%，与LIGO场景下的精度水平相当，为空间探测波形模板构建提供基础。
2024-01-27 astro-ph.IM gr-qc
Consistency of post-Newtonian waveforms with numerical relativity
广义相对论预言了合并的双黑洞的引力波特征。这种系统的明确的波形预测，所需的观测数据的最佳分析，到目前为止已经实现了使用后牛顿（PN）近似。然而，对于重要的后螺旋部分，这种治疗的质量尚不清楚。我们通过一种互补的方法，直接数值模拟爱因斯坦方程，推导出晚螺旋波形。我们比较波形相位模拟的最后$\sim 14$周期的引力辐射等质量，非自旋黑洞与相应的2.5 PN，3 PN和3.5 PN轨道相位。我们发现定相协议一致的内部误差估计的基础上，任何一种方法，这表明PN波形，这个系统是有效的，直到最后一个轨道之前，最终合并。
2007-10-29 gr-qc
Sub-radian-accuracy gravitational waveforms of coalescing binary neutron stars in numerical relativity
扩展我们以前的研究，我们进行高分辨率的数值相对论的螺旋双中子星的模拟。在中子星半径为10.9- 13.7公里的情况下，采用最小网格间距为$\approx 63$ -86米的计算资源，对中子星的收敛性进行了深入的研究.在最后的$\sim 15$-16个螺旋轨道中，对$\gtrsim 210$，rad的引力波相位估计的总误差为0.1~rad。然后，我们比较的波形（无分辨率外推）与最新的有效单体形式主义（潮汐SEOBv 2模型称为TEOB模型）计算的。我们发现，对于我们的任何一个双中子星的模型，由TEOB形式主义计算的波形符合数值相对论波形达到$\approx 3$ \，ms之前的引力波振幅的峰值达到：对于这个后期的螺旋阶段，总的相位误差是$\lesssim 0.1$ \，rad。虽然重力波形在最后一个$\sim 3$ \，ms有一个inspiral型的特征，但这个阶段不能很好地用目前的TEOB形式再现，特别是对于具有大潮汐变形能力的中子星（即，较大半径）。其原因是描述。
2017-08-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Effective-One-Body Numerical-Relativity waveform model for Eccentric spin-precessing binary black hole coalescence
本文将 SEOBNRE 扩展为首个可同时描述轨道偏心率与自旋进动的 EOB 波形模型，并通过 SXS、RIT 数值相对论波形验证其一致性。
2023-10-06 gr-qc
A Time Domain Waveform for Testing General Relativity
引力波参数的估计只能和波形生成模型所基于的理论一样好。因此，一旦数据可用，测试广义相对论（GR）至关重要。许多以前的作品，如与ppE框架的Yunes和Pretorius的研究，依赖于固定相近似（SPA）模型偏离GR在频域中。由于快速傅立叶变换算法已经变得相当快，并且为了规避SPA可能存在的问题，我们使用校正的时域波形而不是SPA波形来测试GR。由于在使用SPA波形的领域中已经完成了相当多的工作，因此我们在时域和频域中建立了前导阶校正波形之间的联系，集中于相位校正项。在马尔可夫链蒙特卡罗研究，其结果是初步的，将只提供以后，我们将评估的eLISA探测器测量来自超大质量黑洞使用这些校正波形的信号从GR的偏差的能力。
2014-10-24 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
Template Banks for Binary black hole searches with Numerical Relativity waveforms
高级激光干涉仪引力波天文台和高级室女座预计将探测到来自合并的恒星质量黑洞双星的引力波。检测搜索通过使用一组波形模板对检测器数据进行匹配滤波来操作。传统上，BBH的模板库是从中间分析波形模型构建的，这些模型是针对数值相关性模拟进行校准的，并且可以针对BBH参数的任何选择进行评估。本文探讨了一种替代传统的方法，即直接从数值BBH模拟的模板银行的建设。使用非旋转BBH系统作为一个例子，我们演示了哪些区域的质量参数平面可以覆盖现有的数值BBH波形。我们估计所需的数量和所需的长度的BBH模拟，以覆盖整个非旋转BBH参数平面的质量比10，从而说明我们的方法可以用来指导未来的数值模拟的参数放置。我们推导出的误差范围是独立的分析波形模型，因此，我们的形式主义可以用来独立测试这种波形模型的准确性。由此产生的模板银行适用于先进的LIGO搜索。
2013-10-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A waveform model for eccentric binary black hole based on effective-one-body-numerical-relativity (EOBNR) formalism
双黑洞系统是探测引力波的重要源之一。它们也是广义相对论理论研究的好对象。重力波形模板对数据分析有重要意义。连续单体数值相对论（EOBNR）模型在LIGO数据分析中起着重要的作用。对于未来的天基引力波探测，许多双星系统将承认一定的轨道偏心率。同时，偏心双星也是广义相对论理论研究的一个有趣课题。本文在有效单体数值相对论框架下构造了第一个偏心二元波形模型。我们在模型构建中的基本假设是所涉及的偏心率很小。我们比较了偏心EOBNR模型和LIGO数据分析中使用的圆形模型。我们还测试了我们的偏心EOBNR模型对另一个最近提出的偏心二进制波形模型，对数值相对论模拟结果，并对极端质量比二进制系统的微扰近似结果。与偏心率约为0.2的数值相对论模拟相比，我们的偏心EOBNR模型的重叠因子优于0.98的所有测试的情况下，包括无自旋的二进制和自旋二进制，等质量的二进制和不等质量的二进制。希望我们的偏心模型可以成为未来天基引力波探测器的起点。
2017-08-01 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
Second MAYA Catalog of Binary Black Hole Numerical Relativity Waveforms
本文发布了第二版MAYA双黑洞数值相对论波形目录，新增181个模拟，重点填补了高质量比、进动和偏心系统在公开波形目录中的空白，并验证了波形的收敛性与模型一致性。
2025-08-27 astro-ph.IM 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
Length requirements for numerical-relativity waveforms
从黑洞双星系统中产生完整的吸气合并振铃引力波形的一种方法是将后牛顿（PN）和数值相对论（NR）的结果结合起来，产生“混合”波形。混合波形是GW搜索模板的一些现象学模型的构建和GW搜索管道的测试的核心。混合波形中的主要误差源来自PN贡献，并且可以通过增加混合波形中包括的NR GW周期的数量来减少。如果混合波形的失配误差低于3%（即，拟合因子约为0.97）。考虑到q = M_2/M_1 \in [1，4]的非自旋双星和x = S_i/M_i^2 \in [-0.5，0.5]的等质量双星，我们解决了NR波形的长度要求问题，以使最终的混合波形满足这一要求。我们的结论是，对于我们所研究的情况，在合并之前，模拟必须包含3个（在等质量非自旋情况下）到10个（χ= 0.5的情况下）轨道，但也有证据表明，这些是参数空间的区域，需要的周期数最少。
2010-09-15 gr-qc
Exploring tidal effects of coalescing binary neutron stars in numerical relativity II: Longterm simulations
我们进行新的长期（15-16个轨道）的数值相对论的合并的二元中子星的模拟使用更新的爱因斯坦方程求解器，采用低偏心率的初始数据，和建模的中子星的分段多方状态方程。收敛性研究表明，我们的新结果收敛速度比三阶和使用确定的收敛阶，我们构建了一个外推的波形，估计的总相位误差应小于1弧度。然后，我们将外推的波形与最新的有效单体（EOB）形式主义计算的波形进行比较，其中考虑了所谓的潮汐变形性，更高的后牛顿修正和引力自作用力效应。我们发现，对于一个紧凑的中子星，其半径为11.1公里的二进制，由EOB形式主义的波形符合相当好的数值波形，使总相位误差小于1弧度的总相位的$\sim 200$弧度合并。相比之下，对于半径为13.6 km的较不致密的中子星双星，在最后几个波周期中，EOB和数值波形彼此不一致，导致总相位误差为$\sim 3$弧度。
2015-02-11 astro-ph.HE gr-qc
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
Numerical relativity simulation of GW150914 beyond general relativity
我们产生了第一个天体物理学相关的数值二元黑洞引力波形在一个更高的曲率引力理论超越广义相对论。我们模拟了一个系统的参数与GW 150914一致，第一个LIGO检测，在阶约化动力学陈-西蒙斯引力，一个理论与弦论和圈量子引力的动机。我们提出的合并和振铃波形，以及振铃准正常模式频谱的领导阶修正的结果。我们估计，这种校正可以区分在检测与信号噪声比$\gtrsim 180-240$，与精确值取决于在数据分析中使用的GR波形家族的尺寸。
2020-05-08 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Supermassive Black Hole Tests of General Relativity with eLISA
由Yunes和Pretorius设计的参数化后爱因斯坦（ppE）方案，它引入了修正后牛顿系数的频域引力波形，以模拟替代理论的重力，我们计算分析时域波形，经过数值傅里叶变换，旨在代表（相位校正）ppE波形。在这种形式主义中，替代理论通过对相位和频率的修正来表现自己，正如广义相对论（GR）所预测的那样，在不同的后牛顿（PN）阶。为了提出一个通用的测试替代理论的重力，我们假设的耦合常数的每一个替代理论是明显的积极的，允许的GR波形的更正是积极的或消极的。通过探索大规模的黑洞二进制GR波形的检测和参数估计校正的时域ppE信号的能力，使用当前的eLISA配置（为欧空局宇宙视觉L3任务），我们证明，在高于1PN阶的相位和频率的校正，GR波形是足够的检测和估计替代理论信号的参数。然而，对于在0和0.5 PN阶引入校正的理论，GR波形不能覆盖整个参数空间，需要使用非GR波形进行检测和参数估计。
2015-01-16 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Impact of numerical-relativity waveform calibration on parametrized post-Einsteinian tests
The Grainger College of Engineering, Illinois Center for Advanced Studies of the Universe & Department of Physics, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格拉尼格工程学院、宇宙高级研究中心及物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校物理与天文学系）；Nevada Center for Astrophysics, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校内华达天体物理学中心）
研究IMRPhenomD波形模型中晚期旋近拟合系数的校准误差如何导致参数化后爱因斯坦检验中误判广义相对论偏离，并展示考虑校准不确定性可避免虚假信号。
2026-06-11 gr-qc
Accumulating errors in tests of general relativity with gravitational waves: overlapping signals and inaccurate waveforms
对致密双星聚结产生的引力波（GW）的观测为广义相对论（GR）提供了强有力的检验，但数据分析中的系统误差可能导致不正确的科学结论。该问题在信噪比（SNR）高且检测次数多的第三代GW检测器中尤其严重。在这项工作中，我们调查的影响重叠的信号和不准确的波形模型的GR测试。我们模拟爱因斯坦望远镜和宇宙探测器的模拟目录，并使用不同程度的不准确的波形模型进行GR的参数测试。我们发现，非GR参数估计的系统误差可能会积累到一个错误的偏离GR时，从多个事件的结果相结合，虽然一个baidian模型选择分析可能不赞成的偏差。波形不准确是造成系统误差的主要原因，但由于信号的不正确去除，多个重叠信号会放大系统误差的影响。我们还指出，测试GR使用选定的“黄金二进制”与高SNR更容易受到错误的偏差从GR。错误积累的问题是普遍的，我们强调，它必须得到解决，以充分利用数据从第三代GW探测器，并进一步调查，特别是在波形精度，将是必不可少的。
2023-02-13 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Inspiral tests of general relativity and waveform geometry
California Institute of Technology（加州理工学院）；Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所）
本文利用Cutler-Vallisneri偏差形式体系，验证参数化检验对广义相对论未建模偏差的鲁棒性，并基于波形信号流形几何揭示贝叶斯因子的决定机制，提出奇异值分解模板以增强偏差检测。
2026-06-29 gr-qc
The Asymptotic Falloff of Local Waveform Measurements in Numerical Relativity
我们研究了当前引力波的数值相对论计算，它通常通过从有限（小）半径外推来确定无穷远处的渐近波。使用模拟的黑洞二进制精确的波提取在$r=1000M$，我们表明，从近区的外推近似测量在这个半径是自洽的，虽然精度有所降低。我们验证了$ψ_4$是占主导地位的渐近贡献的引力能（剥离定理所要求的），但指出规范效应可能会复杂的解释的其他外尔组件。
2009-10-19 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
Numerical relativity reaching into post-Newtonian territory: a compact-object binary simulation spanning 350 gravitational-wave cycles
我们提出了第一个数值相对论模拟的致密物体的二进制的引力波形是足够长的，以覆盖整个频带的先进的引力波探测器，如LIGO，处女座和KAGRA，质量比7和总质量低至$45.5\,M_\odot$。我们发现，有效的单体模型，无论是未校准或校准对大幅缩短的数值相对论波形在较小的质量比，重现我们的新波形非常好，由于建模误差的检测率可以忽略不计的损失。相比之下，后牛顿inspiral波形和现有的校准的现象学inspiral合并ringdown波形显示更大的分歧与我们的新模拟。这种不一致性的变化取决于所使用的具体后牛顿近似。
2015-02-17 gr-qc
A higher-multipole gravitational waveform model for an eccentric binary black holes based on the effective-one-body-numerical-relativity formalism
基于有效单体（EOB）理论，我们构造了一个新的包含$(l,|m|)=(2,2),(2,1),(3,3),(4,4)$模的因式分解波形，它适用于一般赤道轨道上的自旋双黑洞（BBH）。当与$\texttt{SEOBNRv4}$的动力学相结合时，在准圆形轨道的情况下，由该新波形产生的$(l,|m|)=(2,2)$模式波形可以非常好地拟合原始$\texttt{SEOBNRv4}$波形。我们已经校准了我们的新波形模型，以模拟极端时空（SXS）目录。使用Advanced LIGO设计的灵敏度，对BBH与$(20,200)M_\odot$中的总质量进行比较。对于准圆的情况下，我们比较了我们的$(2,2)$模式波形的281数值相对论（NR）模拟的BBH沿准圆轨道。匹配系数均大于98%。对于椭圆情形，我们使用了24个数值相对论模拟沿椭圆轨道的BBH。对于每一个椭圆BBH系统，我们比较我们的建模重力极化对NR结果的倾角，初始轨道相位和源定位在天空中的不同组合。我们使用最小匹配因子相对于倾角，初始轨道相位和源定位来量化的性能的高次模式波形。我们发现，在引入高次模后，24个椭圆边带隙中最小匹配因子的最小值从90%增加到98%。根据我们以前的$\texttt{SEOBNRE}$波形模型，我们将新的波形模型称为$\texttt{SEOBNREHM}$。我们的$\texttt{SEOBNREHM}$波形模型可以…
2021-02-17 gr-qc
The NINJA-2 catalog of hybrid post-Newtonian/numerical-relativity waveforms for non-precessing black-hole binaries
数值注入分析（NINJA）项目是数值相对论和引力波数据分析社区成员之间的合作努力。NINJA的目的是使用数值生成的波形研究现有引力波搜索和参数估计算法的敏感性，并促进数值相对论和数据分析界之间更密切的合作。第一个NINJA项目只使用了少量的短数值相关性波形注入，这限制了它得出定量结论的能力。NINJA-2项目的目标是通过长后牛顿-数值相对论混合波形、大量注入和使用真实探测器数据来克服这些限制。我们报告NINJA-2项目的提交要求和波形目录的建设。八个数值相对论小组贡献了63个混合波形，包括模拟后期螺旋、合并和环降的数值部分，缝合到模拟早期螺旋的后牛顿部分。我们总结了每个小组在构建他们的意见书所使用的技术。我们还报告用于验证这些提交的程序，包括在时域和频域的检查和比较来自不同群体的波形对彼此。到目前为止，这些程序只考虑了$(\ell,m)=(2,2)$模式。基于这些研究，我们判断混合波形适用于NINJA-2研究。我们注意到这些调查的一些计划。
2012-01-25 gr-qc
Towards long and accurate numerical relativity waveforms of binary black holes beyond general relativity
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））；Cornell University（康奈尔大学）；California State University Fullerton（加州州立大学富勒顿分校）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）
该研究结合谱方法与“方程固定”方法，生成超越广义相对论的双黑洞长且精确的数值相对论波形，为引力波检验及替代理论波形模型校准提供关键基础。
2026-07-31 gr-qc
Surrogate model of hybridized numerical relativity binary black hole waveforms
数值相对论（NR）模拟提供了最精确的二元黑洞引力波形，但对于参数估计等应用来说，成本过高。NR波形的替代模型已被证明是快速和准确的。然而，基于NR的代理模型受到训练波形长度的限制，其通常在合并前约为20个轨道。我们补救这一点，通过杂交的NR波形使用后牛顿和有效的一个机构波形的早期inspiral。我们提出了NRHybSur3dq 8，杂交非旋进数值相对论波形的代理模型，这是有效的整个LIGO波段（从$20~\text{Hz}$开始）的恒星质量二进制与总质量低至$2.25\,M_{\odot}$。我们包括了$\ell \leq 4$和$(5,5)$自旋加权球谐模，但不包括$(4,1)$或$(4,0)$模。该模型已针对基于104个NR波形的混合波形进行了训练，其中质量比为$q\leq8$和$|χ_{1z}|,|χ_{2z}| \leq 0.8$，其中$χ_{1z}$（$χ_{2z}$）是较重（较轻）BH在轨道角动量方向上的自旋。替代品准确地再现混合波形，在质量范围$2.25M_{\odot} \leq M \leq 300 M_{\odot}$上具有不匹配的$\lesssim 3\times10^{-4}$。在高质量（$M\gtrsim40M_{\odot}$），合并和振铃更突出，我们显示了大约两个数量级的改善，现有的波形模型。我们还表明，即使在其训练参数空间范围之外外推时，代理也能很…
2019-03-27 gr-qc
Accuracy of numerical relativity waveforms from binary neutron star mergers and their comparison with post-Newtonian waveforms
本文对九轨道等质量双星中子星进行了相对论数值模拟，包括准圆星的晚期旋进和合并。分析了提取的重力波形的收敛性和精度。二阶收敛观察到接触，即约3-4个周期合并;误差估计可以达到这一点。的相位和幅度的不确定性占主导地位的截断误差，可以最小化到0.13拉德和小于1%，分别通过使用几个模拟和外推的分辨率。在后一种情况下，有限半径提取的不确定性成为同一阶的误差源，必须加以考虑。根据数据分析的准确度标准测试波形。波形的不确定性使得与检测相关的信噪比一般不符合准确度标准，除了使用从几次运行中外推的一些最佳情况。因此，详细的误差分析是必不可少的使用的数值相对论波形从双中子星的定量研究。的波形进行了比较后牛顿泰勒T4近似点粒子，包括分析已知的潮汐校正。T4近似值在接触时积累了2 rad的显著相位差，在合并时积累了4 rad的显著相位差，低估了有限尺寸效应的影响。因此，至少在合并过程的最后六个轨道期间，波形中的潮汐特征是重要的。
2012-05-22 astro-ph.CO gr-qc
A Deep Learning Powered Numerical Relativity Surrogate for Binary Black Hole Waveforms
Valencian Graduate School（瓦伦西亚研究生院）；Research Network of Artificial Intelligence (ValgrAI), Spain（人工智能研究网络（ValgrAI），西班牙）
本研究提出两阶段训练的深度学习驱动数值相对论代理模型DANSur，先以近似波形预训练再用NR数据微调，可快速高精度生成双黑洞引力波波形，适用于参数估计任务。
2025-07-31 astro-ph.HE astro-ph.IM cs.LG
Numerical Relativity Injection Infrastructure
本文描述了LIGO算法库（LAL）中新的数值相对论（NR）注入基础设施，此后允许使用NR波形作为LAL中的离散波形近似。有了这个新的接口，在所描述的格式中提供的NR波形可以直接用作模拟GW信号（“注入”）的数据分析，其中包括参数估计，搜索，硬件注入等与以前的基础设施，这个新的接口原生处理次主导模式和波形的进动二进制黑洞的数值模拟，使它们直接访问LIGO分析。为了正确处理加工模拟，新的NR注入基础设施在内部将NR数据转换为LAL中使用的坐标系约定。
2017-03-03 gr-qc
Upgraded waveform model of eccentric binary black hole based on effective-one-body-numerical-relativity for spin-aligned binary black holes
本研究将SEOBNRE模型更新为与SEOBNRv4一致的升级版，提高了高自旋黑洞的精度，在证实在特定参数范围内对数值相对论波形的拟合度优于98.2%。
2023-06-27 gr-qc
On the Potential Observation of False Deviations from General Relativity in Gravitational Wave Observations from Binary Black Holes
对双黑洞发出的引力波的探测，可以在强场状态下检验广义相对论。具体地，可以通过将输入信号与包括与广义相对论的参数化偏差的波形模板进行比较来观察与广义相对论的偏差。然而，这些模板的广义相对论部分必须解释所有可预测的物理学。否则，缺失的物理学可能会被模板的“超越广义相对论“部分模仿，导致分析报告明显偏离广义相对论。目前的参数化测试采用的模板忽略了轨道偏心率和高阶模式等物理现象。在本文中，我们将展示如何省略更高的模式可能会导致错误的偏离广义相对论时，这些影响是足够强的。我们研究了这些偏差的程度作为质量比和轨道取向的函数。我们发现，显着的错误偏差，可以出现当前的测试时，由非对称双星的轨道角动量是正交的视线发射的信号进行。我们估计，先进的LIGO-Virgo网络在其设计灵敏度下运行，可以观察到虚假违规与$5 σ$以上的意义，每年一次。对于使用修改的波形模型的广义相对论的其他测试，预期有类似的结果。因此，我们强调精确的波形模型的必要性，其中包括高阶模式等物理效应，以信任未来的广义相对论测试。
2018-02-09 astro-ph.HE gr-qc
Analytic One-loop Scattering Waveform in General Relativity
Institut de Physique Théorique, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay（理论物理研究所，法国原子能与替代能源委员会，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova and INFN Sezione di Padova（帕多瓦大学物理与天文系，意大利国家核物理研究院帕多瓦分部）
该研究利用特定计算框架，得到广义相对论中速度任意阶、到二阶$G^3 M^3 /r b^2$的解析散射波形，还数值计算了到$G^4$阶的辐射功率谱，为相关数值研究提供了合适的波形表示。
2026-08-12 gr-qc hep-th
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
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
A Precessing Numerical Relativity Waveform Surrogate Model for Binary Black Holes: A Gaussian Process Regression Approach
引力波天体物理学在很大程度上依赖于使用匹配滤波来检测来自探测器的噪声数据中的信号，以及对这些信号执行参数估计。匹配滤波依赖于预期由一系列天体物理系统（如二元黑洞）产生的信号的先验知识。这些波形信号可以使用数值相对论技术来计算，其中数值地求解爱因斯坦场方程，并且从模拟中提取信号。然而，数值相对论模拟是计算昂贵的，导致需要一个代理模型，它可以预测波形信号的物理参数空间的区域，没有直接探测模拟。我们提出了一种方法，用于产生这样的代理使用高斯过程回归，直接对数值相关性产生的波形进行训练。该模型不仅返回新点处波形的单个插值，而且返回预测值的完整后验概率分布。因此，该模型是贝叶斯分析框架中的理想组件，通过该组件，在执行信号的参数估计时，可以考虑插值中的不确定性。
2020-02-13 gr-qc physics.data-an
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
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
