Revising the Spin and Kick Connection in Isolated Binary Black Holes
Columbia University（哥伦比亚大学）；Northwestern University（西北大学）
本文重新审视孤立双星黑洞的自旋起源，分析出生前后可导致各向同性、平行或垂直于出生反冲自旋的机制，说明场星双星也可出现进动和逆行自旋。
2026-10-09 astro-ph.HE gr-qc
State of the field: Binary black hole natal kicks and prospects for isolated field formation after GWTC-2
高级LIGO和高级Virgo新发布的GWTC-2引力波探测目录提供了有关合并二元黑洞（BBH）的自旋幅度和方向的前所未有的信息。值得注意的是，BBH人口的分析表明，存在的双星的组件自旋显着失调，相对于他们的轨道角动量。显著错位的自旋通常被预测为与通过标准的共同包络（CE）演化形成的孤立场不一致，因此是致密星团内动态双星形成的“确凿证据”。在这里，我们探讨了LIGO/Virgo对自旋轨道不对准的观测是否确实排除了BBH完全通过标准CE演化在该领域形成的可能性。特别是，我们试图了解是否，通过改变出生踢黑洞接收形成后，我们可以调用CE的情况下，自洽地解释所观察到的自旋分布和合并率的BBH。我们发现，如果孤立的黑洞出生时具有小的出生自旋，那么通过CE形成的BBH需要极端的出生踢，以匹配观察到的BBH人口，速度分散$σ= 9.7^{+26.7}_{-5.9}\times10^2\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}$和$σ>260\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}$在99%的可信度。为了避免这种情况下，我们认为，有必要假设孤立的黑洞出生与非零出生自旋，一个或多个替代渠道有助于观察到的BBH人口，和/或其他不可预见的机制，产生大的自旋轨道不对准的领域。
2021-11-05 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave signatures of phase transition from hadronic to quark matter in isolated neutron stars and binaries
在高温和高密度下物质的基本组成已经吸引了物理学家很长一段时间。最近重离子对撞机的研究结果丰富了高温低重子密度下的量子色动力学相图。然而，在低温和有限（主要是中间）重子密度的阶段仍然没有探索。理论量子色动力学计算预言了在这样的密度下从强子物质到夸克物质的相变。目前，探测这种密度的最佳实验室位于中子星的核心。如何利用引力波探测孤立中子星和双星中的中子星的这种相变特征的最新结果。孤立的中子星将探测极低温区，而双星中的中子星将探测中温区的有限重子密度。我们还将讨论这种相变的引力波信号是否是唯一的，以及探测这种信号所需的探测器规格。
2022-12-01 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The Origin of inequality: isolated formation of a 30+10Msun binary black-hole merger
LIGO/Virgo合作报告了GW 190412的探测，这是一个BH-BH合并，迄今为止质量最不相等：24.4-34.7 Msun和7.4-10.1 Msun（质量比q=0.21-0.41）。此外，GW 190412的有效自旋估计为Xeff=0.14-0.34，而主BH的自旋范围为a=0.17-0.59。基于这一点和先前的检测，大约10%的BH-BH合并具有q<0.4。主要的BH-BH形成通道往往会产生质量相当的BH-BH合并（通常q>0.5）。在这里，我们测试是否可以产生类似于GW 190412合并的经典孤立的二进制演化通道。我们表明，我们的标准二进制演化的情况下，与典型的假设输入物理，我们在过去使用，产生这样的合并（质量和自旋）。对于这一输入物理模型，局域宇宙（z=0）中BH-BH合并的总速率密度为：73.5 Gpc^-3 yr^-1，而对于q<0.41的系统，速率密度为：6.8 Gpc^-3 yr^-1。由于GW 190412显示了一些不对准自旋的弱证据，我们在我们的模型中提供了进动参数的分布，并得出结论，如果在新的LIGO/Virgo探测中，系统进动的证据是强有力的，并且超过10%的BH-BH合并具有大的面内自旋分量（Xp>0.5），那么可以排除共同的包络孤立的二元BH-BH形成通道作为它们的起源。
2020-09-05 astro-ph.HE gr-qc
Isolated and Binary Neutron Stars in Dynamical Chern-Simons Gravity
我们研究了动力学Chern-Simons引力场中孤立和双星中子星。该理论通过引入与庞特里亚金密度耦合的动态标量场来修正爱因斯坦-希尔伯特作用量。在这里，我们把这个理论作为一个有效的模型，工作在陈-西蒙斯耦合的领导秩序。首先，我们构造孤立的中子星的解决方案，在缓慢的旋转展开到二阶自旋。我们发现，孤立的中子星获得一个标量偶极电荷，纠正其自旋角动量的线性顺序的自旋和纠正其质量和四极矩的二次顺序的自旋，作为测量的观察者在空间无限远。然后，我们考虑中子星双星是广泛分离，并解决他们的轨道演化在这个修改后的理论。我们发现后开普勒参数的演变是修改，与近星点前进的速度是占主导地位的修正在第一后牛顿秩序。最后，我们将这些结果应用到观测到的天体上，目的是对动态陈-西蒙斯引力进行约束。我们发现对观测质量的修正与中子星状态方程是简并的，这使我们无法用毫秒脉冲星J1614-2230的推断质量来检验理论。我们还发现，后开普勒参数的修正太小，即使是从双双星脉冲星J 0737 -3039的数据，今天也无法观察到。我们的研究结果表明，脉冲星观测目前还不能约束动力学陈-西蒙斯引力，因此，引力波观测可能是在不久的将来严格约束这一理论的唯一途径。
2016-04-12 astro-ph.HE gr-qc
Square Peg in a Circular Hole: Choosing the Right Ansatz for Isolated Black Holes in Generic Gravitational Theories
如果时空是圆形的，那么时空的度规可以大大简化。我们证明了在广义有效引力理论中，如果一个静止的、轴对称的、渐近平坦的解可以从广义相对论极限的解微扰地得到，那么这个解的时空一定是圆的。这个结果适用于一个广泛的类引力理论，包括任意标量和矢量在其轻部门，只要他们的非标准动力学项和非最小耦合引力微扰处理。
2021-06-18 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Pathways for producing binary black holes with large misaligned spins in the isolated formation channel
双星黑洞（BBH）可以从孤立的大质量双星的坍缩核心形成。这些BBH的质量和自旋是由潮汐、风、吸积、共同包络演化（CEE）、超新星诞生踢和恒星核-包络耦合等现象的复杂相互作用决定的。在黑洞合并过程中发射的引力波依赖于黑洞的质量和自旋，因此可以约束这些现象。我们提出了一个简化的二元恒星演化模型，并确定了参数空间的区域，产生大自旋与轨道角动量不一致的BBH。在我们模型的场景A（B）中，稳定质量转移（SMT）发生在质量较大（较小）的恒星的罗氏瓣溢出（RLOF）之后，而CEE发生在质量较小（较大）的恒星的罗氏瓣溢出（RLOF）之后。每一种情况进一步分为途径1和途径2，这取决于大质量恒星的核心是在小质量恒星的RLOF之前还是之后坍塌。如果恒星核心与其包层之间的耦合较弱，那么如果从恒星祖先那里继承了大于解体值$10\%$的出生自旋，就可以产生高自旋的BBH。BBH也可以在场景A中的沃尔夫-拉叶阶段通过潮汐同步获得大自旋，或者在场景B中的SMT阶段通过吸积到最初质量更大的恒星上获得大自旋。如果反冲与轨道速度相当，BBH自旋可能会高度错位，这在路径A1中更容易实现，其中更大质量的恒星的反冲先于CEE。
2023-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave equation in effective one-body background for spinless binary
我们构造了无自旋双星有效单体系统背景下的引力波方程，该方程在球对称背景下也是普遍适用的。用度规微扰给出了规范条件。
2023-01-18 astro-ph.HE gr-qc
Wormhole Effective Mass and Gravitational Waves by Binary Systems Containing Wormhole
本研究引入考虑径向张力的虫洞有效质量，推导含虫洞的各类双星系统及粒子相关的引力波产生与能量损失规律，为相关引力波探测提供理论参考。
2023-11-07 astro-ph.HE gr-qc
Calibration of neutron star natal kick velocities to isolated pulsar observations
目前的处方超新星出生踢快速二进制人口合成模拟的基础上，适合简单的功能，单脉冲星速度数据。我们探讨了一个新的参数化的出生踢收到的中子星在孤立的和由Mandel和Müller开发的二元系统，这是基于一维和三维超新星模拟和占祖属性，残余质量和踢速度之间的物理相关性。我们约束两个自由参数在这个模型中使用很长的基线干涉测量速度测量的银河系单星系。我们发现，推断值的出生踢参数没有显着不同的单一和二元演化方案。这些参数的最佳拟合值是$v_{\rm ns} = 520$ km s $^{-1}$的缩放前因子的中子星踢，和$σ_{\rm ns}=0.3$的分数随机散射的踢速度。
2023-02-28 astro-ph.HE gr-qc
Cosmic Cousins: Identification of a Subpopulation of Binary Black Holes Consistent with Isolated Binary Evolution
本文在GWTC-3中引入离散潜变量进行分层贝叶斯推断，识别出一个主质量约10倍太阳质量、自旋与轨道角动量对齐且贡献82%的双黑洞亚群，并估计了对不稳定性质量间隙下边缘。
2024-03-29 astro-ph.HE gr-qc
Polluting the pair-instability mass gap for binary black holes through super-Eddington accretion in isolated binaries
单恒星演化理论预测黑洞（BH）的质量分布在大约45- 130 M $_{\odot}$之间，即所谓的“对不稳定质量间隙”。我们研究是否BH可以污染的差距后，从恒星的同伴吸积。为此，我们模拟的演化孤立的二进制使用人口合成代码，我们允许超级爱丁顿吸积。在我们最极端的假设下，我们发现最多约2%的所有合并的二进制BH系统包含一个BH的质量在对不稳定的质量差距，我们发现，不到0.5%的合并系统的总质量大于90 M $_{\odot}$。没有发现总质量超过100 M $_{\odot}$的并合BH系统。我们比较我们的结果预测从几个动力学途径对不稳定的质量间隙事件，并讨论了可区分的功能。我们的结论是，经典的孤立二元形成情景不会显着导致对不稳定质量间隙的污染。的鲁棒性的预测质量差距的孤立的二进制通道是有前途的前景放置约束（一）不同的形成渠道的相对贡献，（二）的物理学的祖细胞，包括核反应率，和（iii），暂时，哈勃参数。
2020-06-01 astro-ph.HE
Explaining LIGO's observations via isolated binary evolution with natal kicks
我们比较二进制演化模型与不同的假设黑洞出生踢的第一个引力波观测LIGO探测器进行。我们的比较试图调和合并率，质量，自旋和自旋轨道错位的所有当前的观测与国家的最先进的形成方案的二元黑洞形成孤立。我们估计，黑洞（BH）应该接受出生踢的顺序$σ\simeq 200$（50）公里/秒，如果潮汐过程不重新调整恒星的自旋。我们的估计是由两个简单的因素驱动的。出生反冲离差$σ$是从上方限定的，因为大反冲破坏了太多的双星（将合并率降低到观测值以下）。相反，出生踢分布是有界的，因为适度的踢需要产生一系列的自旋轨道错位。如果所有的黑洞都可能有出生自旋，那么错位的分布增加了我们的模型与LIGO观测的兼容性。与采用具体BH出生自旋处方的相关工作不同，我们探索了一系列可能的BH出生自旋分布。在我们的模型的上下文中，对于这里使用的所有$σ$的选择，以及在一个简单的基准参数化自旋分布的上下文中，观测结果有利于低BH出生自旋。
2018-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Suspicious Siblings: The Distribution of Mass and Spin Across Component Black Holes in Isolated Binary Evolution
LIGO和Virgo引力波探测器已经发现了具有确定非零自旋的双黑洞系统，以及存在于更大质量的黑洞中的具有显著自旋的系统。我们调查的能力，孤立的二进制演化形成这样的高度旋转，不对称的质量系统，通过吸积到第一个出生的黑洞和潮汐自旋的第二个出生的黑洞使用快速人口合成的方法，详细考虑自旋通过潮汐相互作用。即使是最乐观的假设，在吸积恒星从捐助者接收材料的效率，我们发现，这是很难形成系统的主要黑洞组件中具有显着的质量不对称性和中等或高自旋。假设大质量恒星内的有效角动量输运和黑洞上的Eddington限制吸积，我们发现，在我们最乐观的模型中，潜在的二元黑洞种群中的系统的$< 1.5\%$具有大于0.2的主黑洞自旋和大于2：1的质量不对称性，大多数模型发现，这一标准仅在系统的$\sim 0.01\%$中得到满足。因此，在主要的黑洞成分中产生具有显著质量不对称性和自旋的系统不太可能是孤立演化的副产品，除非调用高度超爱丁顿吸积或大质量恒星中的角动量传输比通常假设的效率低。
2022-07-08 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Detectability of continuous gravitational waves from isolated neutron stars in the Milky Way: the population synthesis approach
目的。我们估计的数量的中子星，可检测的连续引力波源与当前和未来的引力波探测器，假设一个简单的唯象模型的旋转非轴对称的中子星。方法.我们采用了银河系中子星人口的数值模型，与孤立的银河系中子星的射电观测比较建立的属性。我们生成一个任意大的中子星的合成群体，并演化它们的周期、磁场和空间位置。我们使用一个引力波发射模型的基础上指数衰减的椭圆-一个非轴对称的恒星，没有假设的起源给定的椭圆。我们计算了一个给定的检测器的预期信号为1年的观察，并假设检测标准的信噪比为11.4 -相当于一个有针对性的连续波搜索。我们分别分析了每个探测器中可探测到的人口：高级LIGO，高级Virgo和计划中的爱因斯坦望远镜。在计算预期信号时，我们忽略了由于源自旋下降和地球相对于太阳质心的运动而引起的信号频率变化。结果对于中子星演化的保守值：每100年一次的超新星爆发率，初始椭圆率$ε_{0}$ = 1 e-5，没有椭圆率$η$ = $t_\rm{hub}$ = 1 e 4 Myr的衰减，预计探测到的中子星的数量低于1：0.15（基于对10 M恒星的模拟）。参数空间（$ε_{0}$，$η$）的更广泛的研究。根据爱因斯坦望远镜的计划灵敏度，并假设相同的弹性模型，预期的探测数量是：在一年的观测运行中，26.4个双星。
2021-02-17 astro-ph.HE gr-qc
An improved numerical fit to the peak harmonic gravitational wave frequency emitted by an eccentric binary
我提出了一个数值拟合的峰值谐波引力波频率发射的偏心的后牛顿近似的二元系统。该拟合显著改进了群体合成研究中以前常用的拟合，特别是偏心率$\lesssim 0.8$。
2021-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Repeated Gravitational Lensing of Gravitational Waves in Hierarchical Black Hole Triples
我们考虑二元黑洞（BBH）在一个分层的三重系统中，一个更紧凑，质量较小的二是发射可检测的引力波（GWs），和第三个是一个超大质量BH在一个核星团的中心。正如以前的工作已经表明，外双星的轨道运动可以产生一个可检测的相对论多普勒增强的GWs发射的轨道内双星。我们在这里表明，对于周期为一年的外双星轨道，可以有一个不可忽略的概率重复的引力透镜的内双星发射的GW。重复的引力透镜事件可以被LISA天文台探测到，在BBH进入LIGO波段之前，它是周期性的GW振幅尖峰。这样的探测将证实一些在核星团中的BBH合并的起源。GW透镜还为强引力提供了新的测试场地。
2020-04-16 astro-ph.HE gr-qc
Comment on "Probing gravitational wave polarizations with signals from compact binary coalescences"
在最近的一篇论文“Probing引力波polarizations with signals from compact binary coalescences”（arXiv：1710.03794 [gr-qc]）中，作者认为LIGO-Virgo网络对引力波的单次探测能够区分引力波的纯张量和纯矢量偏振。本文指出了作者分析中的一个错误，并指出只有在引力波沿干涉仪对张量或矢量偏振的零响应方向传播时，这种微分才是可能的。然而，LIGO-Virgo网络可以通过收集统计数据来区分纯张量和纯矢量偏振，正如我们在Phys. Scr中所展示的那样。92，125001（2017）。
2017-12-19 astro-ph.HE gr-qc
A fully-coherent all-sky search for gravitational-waves from compact binary coalescences
本文介绍了一种全相干的方法来寻找黑洞和中子星双星合并产生的引力波信号。这将先前开发并用于有针对性的引力波搜索的相干分析扩展到全天、全天搜索。我们将搜索应用于LIGO探测器第五次科学运行期间采集的一个月的数据。我们证明，与巧合搜索相比，灵敏度提高了25%，这与预期相称。最后，我们讨论了在先进的引力波探测器数据中实施和运行对来自双星合并的引力波信号的相干搜索的前景。
2015-09-11 astro-ph.HE gr-qc
GW231123 Formation from Population III Stars: Isolated Binary Evolution
Fukui Prefectural University（福井县立大学）；Zhaoqing University（肇庆学院）；Sun Yat-sen University（中山大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究通过双星人口合成计算，探讨孤立 Population III 双星是否能形成类似 GW231123 的事件，发现需满足特定条件才能解释该事件。
2026-04-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
Post-Newtonian templates for gravitational waves from compact binary inspirals
为了能够检测并最大限度地提高从致密双星系统观测到的引力波的物理输出，精确的波形模型的可用性至关重要。目前的工作旨在为非专家的概述（inspiral）波形中使用的引力波数据分析紧凑的二元合并。我们首先提供了一个简单的牛顿轨道动力学和线性化的引力理论中的引力辐射物理的基本要素，描述了绝热近似应用于二进制系统：在实践中构建理论引力波形的关键要素。接下来，我们在后牛顿近似的广义相对论的引力波形，并强调的基本输入的螺旋波形的缓慢发展，旋转，nonprecessing，准圆双黑洞，即后牛顿的能量，通量和（吸收校正）平衡方程。然后在时域和频域中给出后牛顿内旋模板。最后，包括合并和随后的振铃阶段，我们简要地调查了两个家庭的全波形模型的紧凑型二进制合并目前实施的LSC算法库仿真：有效的一体化方法和唯象频域模型。
2021-06-14 astro-ph.HE gr-qc
The Masses of Isolated Neutron Stars Inferred from the Gravitational Redshift Measurements
对于双星系统中的某些中子星，质量已经得到了精确的测量。而对于孤立的中子星，还没有质量测量的报道。由于中子星内部成分探测器（NICER）的成功运行，这种情况很快就会改变，它可以同时测量孤立PSR J 0030 +0451的半径和质量。对于大多数INS，由于观测限制，不可能对NICER进行质量测量。受益于最近取得的重大进展，约束状态方程的NS，在这项工作中，我们提出了一种方法来估计的质量与测量的引力红移的INS。我们将我们的方法应用于RX J1856.5-3754，RX J0720.4-3125和RBS 1223，这三个成员是“壮丽七”（M7），并估计它们的质量分别为$1.24_{-0.29}^{+0.29}M_{\odot}$，$1.23_{-0.05}^{+0.10}M_{\odot}$和$1.08_{-0.11}^{+0.20}M_{\odot}$。这些质量是一致的，与二进制NS系统，这表明没有证据表明这些孤立的对象经历了显着的吸积。
2020-01-08 astro-ph.HE
Post-Keplerian waveform model for binary compact object as sources of space-based gravitational wave detector and its implications
该研究提出一种后开普勒波形模型，用于描述双致密天体作为天基引力波探测器源的引力波信号，通过开普勒轨道元素及其绝热变化参数，可确定双星物质动力学并约束引力理论。
2023-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Understanding possible electromagnetic counterparts to loud gravitational wave events: Binary black hole effects on electromagnetic fields
双黑洞系统的动力学除了产生巨大的引力波（GW）外，还可以通过影响其附近等离子体和电磁场的行为来诱导电磁（EM）辐射的发射。我们在这里研究电磁场是如何通过合并的一对轨道黑洞的影响。特别是，我们展示了如何二进制的动态诱导可能的电磁感应发射的变化，以及在后期合并和合并时期的电磁场的增强。这些随时间变化的特征可能会在产生可探测辐射的过程中留下印记，并可用于探测引力波的电磁对应物。
2009-11-19 astro-ph.HE gr-qc
The Mass-Ratio Distribution of the Low-Mass Binary Black Hole Subpopulation: A Natural Outcome of Isolated Binary Evolution
Harvard Society of Fellows（哈佛学会）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（天体物理中心 | 哈佛与史密森尼学会）；Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA)（天体物理学跨学科探索与研究中心）；Department of Physics and Astronomy, Northwestern University（西北大学物理与天文系）；Département d’Astronomie, Université de Genève（日内瓦大学天文学系）；Gravitational Wave Science Center (GWSC), Université de Genève（日内瓦大学引力波科学中心）；The Adler Planetarium（阿德勒天文馆）
研究人员利用POSYDON代码，发现孤立双星演化产生的双黑洞质量比分布，与引力波观测到的低质量双黑洞子群分布一致，该分布的特征源于不同的形成子通道。
2026-09-03 astro-ph.HE astro-ph.SR
The High Time Resolution Universe Pulsar Survey - VII: discovery of five millisecond pulsars and the different luminosity properties of binary and isolated recycled pulsars
本文介绍了正在进行的高时间分辨率宇宙脉冲星巡天（HTRU）中发现的五颗毫秒双星（MSP）的发现和时间参数，其中四颗在可能有白矮星伴星的双星系统中，一颗是孤立的。我们还提出了高质量的偏振数据，其中四个。这些进一步的发现证实了我们的调查在寻找旋转周期非常短的脉冲星方面的巨大潜力。这五个MSP中至少有两个是脉冲星定时阵列项目的优秀候选者。由于在HTRU调查中发现了大量的MSP，我们重新审视了孤立和二元MSP的光度分布是否不同的问题。使用Cordes和Lazio距离模型以及我们新的和目录中的通量密度测量，我们发现银河系盘中42个最明亮的MSP中有41个是二进制的，统计分析表明亮度函数的差异具有99.9%的显着性。我们的结论是，形成过程中，导致孤立的MSP影响他们的光度，尽管他们的周期和周期的衍生物是类似的双星系统中的恒星。
2013-07-29 astro-ph.HE
X-ray observations of the isolated black hole candidate OGLE-2011-BLG-0462 , and other collapsed objects discovered through gravitational microlensing
孤立的黑洞和中子星可以通过观测长时间的引力微透镜事件来揭示。在对银河系核球方向的恒星进行的巡天中，已经发现了一些候选者。最近，由于增加了毫弧秒级的天体测量信息，已经有可能减少一些“暗”引力透镜的质量和距离的不确定性，并选择最有希望的候选者。这些孤立的致密天体可能会发射出X射线，其能量来自于星际介质的吸积。利用钱德拉、XMM-牛顿和INTEGRAL卫星的数据，我们在孤立的黑洞候选者OGLE-2011-BLG-0462和其他几个被认为是引力微透镜的坍缩物体中寻找X射线发射。OGLE-2011-BLG-0462最近被解释为距离1.6 kpc的7.1 M太阳黑洞，尽管不同的小组获得的质量范围（1.6-4.4 M太阳）不能排除大质量中子星。我们已经从OGLE-2011-BLG-0462中推导出了0.5-7 keV范围内的9 $\times10^{-15}$ erg cm $^{-2}$ s $^{-1}$和17-60 keV范围内的$\sim2\times10^{-12}$ erg cm $^{-2}$ s $^{-1}$的通量上限。隐含的X射线光度与黑洞预期的小辐射效率一致，不利于中子星的解释。对于其他候选者的软X射线通量，得到的限制低至约5倍，但它们的解释受到质量、距离和空间速度的较大不确定性的影响。
2022-06-15 astro-ph.HE
Unraveling Binary Evolution from Gravitational-Wave Signals and Source Statistics
下一代地面引力波探测器很可能观测到来自致密天体双星合并的引力波。我们描述了最先进的致密二元聚结率的预测和报告的初步努力，以开发一个框架转换成改进的约束天体物理参数的引力波观测。
2010-01-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Research Note: The Expected Spins of Gravitational Wave Sources With Isolated Field Binary Progenitors
本文研究了在引力波（GW）源祖先背景下，由一个原初黑洞（BH）和一个Wolf-Rayet（WR）星组成的场双星的动力学演化结果。我们认为，从一般的考虑，WR-后裔BH的自旋将是最大的，在大量的情况下，由于动力学效应。在其他情况下，自旋应该反映目前理论上不受约束的主黑洞的出生自旋。我们认为，目前公布的三个LIGO系统（GW 150914，GW 151226，LVT 151012）表明，这种自旋是小的。因此，如果这个经典的GW祖先通道确实占主导地位，那么所得到的引力波源的有效自旋分布应该是双模的。虽然这与迄今为止LIGO的探测结果一致，但与三个测量最好的大质量X射线双星（HMXB）系统形成对比。HMXB和GW源的自旋分布的比较最终应该揭示这些系统是否来自类似的天体物理通道。
2017-02-03 astro-ph.HE
Using Binary Pulsars to Test Lorentz Symmetry in the Gravitational Sector
我回顾了一些主要的发展，在理论背景和实验中使用的二进制pixels探索当地的洛伦兹不变性的引力部门和可能的违反。
2013-10-28 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Interpreting Binary Neutron Star Mergers: Describing the Binary Neutron Star Dynamics, Modelling Gravitational Waveforms, and Analyzing Detections
由中子星双星合并而发出的引力波为探索物质和未探索的极端状态下的基础物理打开了一扇新的窗口。为了提取关于中子星内部超核物质和致密双星系统性质的信息，需要可靠的理论处方。本文综述了中子星并合过程中的动力学和引力波信号的一般特征。我们简要介绍了现有的分析和数值方法来调查的高度动态，强场区合并过程中。我们回顾现有的波形近似，并讨论个别波形模型的属性和可能的优点和缺点，以及它们在实际引力波数据分析中的应用。
2020-04-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The gravitational wave signal from isolated objects
根据理论研究，变形对象（例如，旋转的非轴对称脉冲星）在LIGO科学计划的加速运动过程中会辐射出引力波（GW）信号。这些类型的扰动源在赤道上有一个大的隆起或凹陷，将继续存在，并可被识别为GW源。在这项工作中，我们的目标是提供一种方法来探索GW辐射从孤立的中子星（NS）的变形状态下使用的一些观测结果，这可以被证实的下一个LIGO项目。结合观测结果中的属性（例如，PSR J1748-2446，PSR 1828-11和Cygnus X-1），在假设NS具有非轴对称性的条件下，基于二元布居合成（BPS）方法，给出了GW辐射的数值解，并给出了能谱结果。我们发现$L_{GW}$的GW光度可以从大约$10^{40}\rm erg/s$ - $10^{55}\rm erg/s$变化。
2013-04-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Bulk Properties of Isolated Neutron Stars Inferred from the Gravitational Redshift Measurements
本研究采用含最新中子星质量-半径观测约束的三个物态方程模型（含一阶强相变模型），更新三颗孤立中子星的引力质量等整体性质估算，发现新约束更严格、质量约大0.1倍太阳质量，相变对结果影响甚微。
2024-03-08 astro-ph.HE
Characterizing the continuous gravitational-wave signal from boson clouds around Galactic isolated black holes
超轻玻色子可以通过超辐射不稳定性在恒星质量的黑洞周围形成巨大的云。通过湮灭等过程，这些玻色子可以产生频率在LIGO和Virgo范围内的连续引力波信号。如果玻色子湮灭发生，那么银河系黑洞群将产生许多引力信号，我们称之为系综信号。我们的特征的合奏信号所观察到的引力波探测器，这是很重要的，因为合奏信号携带的主要签名，连续波信号具有玻色子湮灭的起源。我们探讨了如何广泛的一组黑洞人口参数影响所产生的自旋0玻色子湮灭信号，并考虑其可探测性最近搜索连续引力波。一群质量$10^8$、初始自旋分布在0和1之间的无量纲黑洞会产生多达1000个信号，这些信号的强度足以在原则上被这些搜索所检测到。对于一个更适度旋转的粒子群，信号的数量下降了大约一个数量级，对于某些玻色子质量，仍然产生多达100个可检测的信号。在100和1200 Hz之间的频率处未检测到湮灭信号不利于具有在$2\times10^{-13}$和$2.5\times10^{-12}$ eV之间的静止能量的标量玻色子的存在。最后，我们表明，根据黑洞的人口参数，必须小心假设，从搜索孤立的信号的连续波上限仍然有效的信号是一个密集的合奏的一部分：在200和300赫兹之间，我们敦促谨慎解释4和$6\times10^{-13}$ eV之间的玻色子的零结果。
2020-09-03 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Measuring the mass function of isolated stellar remnants with gravitational microlensing. I. Revisiting the OGLE-III dark lens candidates
引力微透镜可以探测到黑暗的恒星残骸--黑洞或中子星--即使它们是孤立的。然而，这是具有挑战性的估计质量孤立的暗恒星遗迹，仅使用光度数据的微透镜事件。最近对OGLE-III长时间尺度微透镜事件的分析显示了年度视差效应，声称许多明亮的事件是由于“质量间隙”物体（质量介于中子星和黑洞之间）。在这里，我们提出了一个更新和校正的方法，可用于估计质量的黑暗恒星残留物中检测到的微透镜事件给定的光变曲线数据和源的自行车的详细描述。我们使用这种更新的方法，结合来自盖亚EDR 3的新自行，来修改之前在OGLE-III数据中发现的暗遗迹候选者的质量。我们证明，在以前的工作中确定的“质量差距”和黑洞事件的质量被高估，因此，这些对象是最有可能的主序星，白矮星，或中子星。
2021-07-29 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Amplitude modulation in binary gravitational lensing of gravitational waves
我们使用时域数值模拟研究了由二元黑洞作为透镜组成的系统所透镜的引力波（GW）的可探测性。该系统的引力透镜势不再是静态的，而是随时间演化的。当来自源的GW通过二元透镜时，它们的幅度可以被调制，这类似于无线电通信中的幅度调制（AM）现象。我们发现，即使二元透镜本身的频率太低，不能被LISA检测频带检测到，由于AM的透镜GW的光谱中的边带仍然可以在检测频带的敏感范围内。此外，我们还计算了透镜和非透镜GW之间的SNR（失配）的相对差异。我们发现，{ \it失配}可高达9.18%。由于失配不依赖于波形的幅度，所以二元透镜和非透镜波形之间的差异是实质性的。这为未来的LISA项目提供了一种识别透镜事件的可靠方法。
2022-05-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The first gravitational-wave source from the isolated evolution of two 40-100 Msun stars
在引力波（1，GW 150914）中探测到两个质量为30 Msun的黑洞合并。这一发现证实了最近的预测（2-4），即大质量的双黑洞将构成第一个检测。然而，以前的计算并没有采样相关的二元黑洞祖先-大质量，低金属含量的双星-具有足够的精度和输入物理，使稳健的预测优于几个数量级（5-10）。在这里，我们报告了一套高精度的数值模拟的双黑洞形成通过孤立的双星的演化，提供了一个框架来解释GW 150914和预测随后的双黑洞引力波事件的属性。我们的模型意味着这些事件是在金属丰度低于太阳的10%的环境中形成的;初始质量为40-100兆太阳;并通过质量转移和共同的包络相相互作用。它们的祖先可能在大爆炸后的2 Gyr或11 Gyr形成。大多数双黑洞的形成没有超新星爆炸，它们的自旋自诞生以来几乎没有变化，但不一定是平行的。在这项研究中提出的二元黑洞的经典场形成，具有低的出生踢和有限的共同包络演化，产生的二元黑洞比涉及球状星团的动力学形成通道多40倍（11），并且与均匀演化通道的速率相当（12-15）。我们的计算预测，一旦第二代地面引力波观测站达到完全灵敏度，每年将探测到大约1,000个黑洞合并，总质量为20-80 Msun。
2016-06-22 astro-ph.HE
Frequency Estimation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
这是一个收集的文献综述和一些初步的工作估计的引力波的频率从一个二元黑洞合并为低信噪比。本文档提供了一个起点，广泛概述了频率估计后续工作所需的先决条件。
2020-11-09 astro-ph.HE gr-qc physics.data-an
A binary origin for the first isolated stellar-mass black hole detected with astrometric microlensing
银河系被认为拥有数亿个静止的恒星质量的黑洞（BH）。在过去的十年中，其中一些物体可能通过引力微透镜事件被发现。所有这些检测导致了透镜的速度和质量之间的简并。这种简并性随着最近对OB 110462的天体测量微透镜探测而第一次被解除。然而，两项独立研究报告了该事件的非常不同的晶状体质量。Sahu等人（2022）推断透镜质量为7.1 $\pm$ 1.3 Msun，与BH一致，而Lam等人（2022）推断为1.6 - 4.2 Msun，与中子星或BH一致。在这里，我们研究的景观孤立的BH形成在外地。特别是，我们专注于质量和质心速度的四个子群：孤立的BH从单星起源，破坏BH的双星起源，主序星与紧凑的对象伴侣，和双紧凑对象合并。我们的模型预测，大多数（$\gtrsim$ 70%）孤立的BH在银河系的二进制起源。然而，非相互作用导致大多数大质量BH（$\gtrsim$ 15 - 20 Msun）主要是单一起源。假设OB110462是一个自由浮动的紧凑型天体，我们得出结论，它更有可能是一个BH最初属于一个双星系统。我们的研究结果表明，低质量的BH微透镜事件可能有助于了解银河系中大质量恒星的双星演化，而高质量的BH透镜可能有助于探测单个恒星演化。
2023-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Sub-radian-accuracy gravitational waves from coalescing binary neutron stars II: Systematic study on the equation of state, binary mass, and mass ratio
我们使用自适应网格细化数值相对论程序{\tt SACRA-MPI}，报告了{ \it new} 26个非自旋双星系统的数值相对论模拟结果。最小网格间距为$\approx 64$ -- $85$ m，具体取决于系统。首先，我们推导出长期高精度的螺旋引力波形，并表明，由于有限的网格分辨率的累积引力波相位误差小于$0.5$ rad在超过$200$ rad的相位演化，无论系统。我们还发现，一个二元系统的引力波相位误差与一个表列状态方程（EOS）是可比的分段多方状态方程。验证了SACRA螺旋形重力波形模板，并将其用于从重力波观测中提取潮汐形变，发现我们的波形建模精度在重力波相位上为$\lesssim 0.1$ rad，在重力波振幅上为$\lesssim 20 \%$，直到重力波频率$1000$ Hz。最后，我们校准了文献中提出的合并后引力波信号与潮汐变形能力/中子星半径之间的普适关系，并表明它们受到系统论的影响，许多被提出为普适的关系并不具有很强的普适性。提出了改进的拟合公式。
2020-03-12 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Lucky Strikes: On the Origins of GW190814 Through Isolated Binary Evolution
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
研究通过孤立二元演化解释GW190814的形成，发现胎生踢动在形成此类系统中起关键作用，特别是低幅度第一踢动和大第二踢动对轨道偏心率和延迟时间的影响。
2025-11-20 astro-ph.HE
The $χ_\mathrm{eff}-z$ correlation of field binary black hole mergers and how 3G gravitational-wave detectors can constrain it
了解并合双黑洞的起源是目前天体物理学中最紧迫的任务之一。我们表明，如果孤立的二元演化占主导地位的合并二元黑洞的形成机制，人们应该期待的有效自旋参数，$χ_\mathrm{eff}$，和红移的合并，$z$，二元黑洞之间的相关性。这种相关性来自潮汐自旋系统优先形成和合并在较高的红移，由于结合较弱的轨道膨胀从低金属量的恒星，考虑到他们的风质量损失率降低，延迟膨胀和有较小的最大半径在超巨星阶段相比，在较高的金属量的恒星。因此，这些紧密结合的系统在很短的螺旋时间内合并。鉴于我们的基准模型的孤立的二进制演化，我们表明，$χ_\mathrm{eff}-z$相关的起源在可检测的LIGO-处女座二进制黑洞人口是不同的固有人口，这将成为访问只有在未来的第三代引力波探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器。最后，我们比较我们的模型预测与人口预测的基础上，目前的目录的二进制黑洞合并，发现目前的数据有利于正相关的$χ_\mathrm{eff}-z$，我们的模型预测的孤立的二进制演化。
2022-06-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Merger rate density of binary black holes through isolated Population I, II, III and extremely metal-poor binary star evolution
我们调查的形成合并二进制黑洞（BH）通过孤立的二进制演化，进行二进制人口合成计算，涵盖了前所未有的广泛的金属丰度范围的人口（Pop）I，II，III，和极贫金属（EMP）双星。我们发现，预测的合并率密度和初级BH质量（$m_1$）的分布是一致的引力波（GW）的观测。值得注意的是，Pop III和EMP（$< 10^{-2}$ $Z_\odot$）双星产生了大多数的对不稳定性（PI）质量间隙事件与$m_1 = 65$- $130$ $M_\odot$。随着红移的增加，Pop III双星对PI质量隙事件的贡献更大，所有PI质量隙事件都起源于红移为$\gtrsim 8$的Pop III双星。我们的结果可以通过以下两点来评估未来的GW观测。首先，在我们的结果中没有具有$m_1=100$ -- $130$ $M_\odot$的二元BH，因此$m_1$分布应该突然下降到$m_1=100$ -- $130$ $M_\odot$的范围内。第二，PI质量隙事件率应该向更高的红移增加，直到$\sim 11$，因为这些事件主要来自Pop III双星。我们发现，需要以下三个假设来重现当前GW观测：头重脚轻的恒星初始质量函数和存在的密切双星的Pop III和EMP双星，和低效的对流过冲在恒星演化的主序星阶段。如果没有上述任何一项，PI质量间隙事件的数量变得太低，无法重现当前的GW观测结果。
2022-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Distinguishing compact binary population synthesis models using gravitational-wave observations of coalescing binary black holes
包含中子星或黑洞的致密双星的合并是先进的地面激光干涉仪引力波探测器最有希望的信号之一，预计在未来几年内将首次直接探测到。二元聚结的速率和组分质量的分布是高度不确定的，人口合成模型预测了一个广泛的合理值。人口合成模型中的参数约束较差，对应于在大质量双星演化的各个阶段对天体物理学知之甚少，双星是双中子星和双黑洞系统的祖先。这些影响包括超新星反冲速度、普通包层演化的能量学参数和恒星风的强度。通过引力波观测多个双黑洞系统将使我们能够推断导致其形成的天体物理机制的细节。在这里，我们模拟引力波观测一系列人口综合模型，包括已知的选择偏差，测量误差和宇宙学的影响。我们比较了不同模型的预测，并表明我们将能够区分它们与先进的LIGO和Virgo探测器早期运行的观测（或缺乏观测）。这将使我们能够缩小二元演化模型的大参数空间。
2015-09-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Investigating the Cosmological Rate of Compact Object Mergers from Isolated Massive Binary Stars
本文利用COMPAS种群合成模拟研究孤立双星演化通道中致密天体并合率的红移演化，发现不同模型下BBH、BHNS和BNS的演化趋势相似，并指出未来观测可约束恒星双星演化模型。
2024-05-02 astro-ph.HE
Opportunistic search for continuous gravitational waves from compact objects in long-period binaries
大多数对连续引力波的全天搜索都假定源是孤立的。在本文中，我们允许一个未知的同伴对象在一个长周期的轨道和机会主义地使用以前的结果，从一个全天空搜索孤立的来源，以限制连续的引力波振幅在一个大的和未探索的范围内的二元轨道参数，而不明确执行专门的搜索二元系统。由此产生的限制是显着更多的约束比任何现有的上限为未知的二元系统，虽然后者适用于不同的轨道参数范围是计算成本高得多的探索。
2023-03-23 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
A synthetic model of the gravitational wave background from evolving binary compact objects
从各种天体物理学来源模拟随机引力波背景是一个关键目标，因为即将进行的观测与地面和空间为基础的引力波天文台，如先进的LIGO，VIRGO，eLISA和PTA。我们开发了一个合成模型框架，遵循天体物理学背景下的单个和二进制紧凑对象的演变。我们描述了双星的形成和合并速率，它们的轨道参数随时间的演化和发射的引力波在双星演化的不同阶段的频谱。我们的方法是模块化的，使我们能够测试和约束模型的不同成分，包括恒星演化，黑洞形成的情况和二元系统的属性。我们使用这个框架的背景下，一个特别好的动机天体物理设置计算的引力波背景的几种类型的来源，包括吸气恒星质量的双黑洞，没有合并在哈勃时间。我们发现，这个信号，虽然很弱，有一个特征的形状，可以帮助约束的方式互补的合并事件的背景观测的二元黑洞的属性。我们讨论了我们的框架在其他引力波源，如超大质量黑洞的背景下可能的应用。
2016-11-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Merger rate density of stellar-mass binary black holes from young massive clusters, open clusters, and isolated binaries: comparisons with LIGO-Virgo-KAGRA results
我调查的作用，集群动力学和大规模的二进制演化产生恒星遗迹二黑洞（BBH）合并在宇宙时间。为此，动态BBH合并是从$\sim10^4M_\odot$的长期直接N体演化模型中获得的，即pc尺度的年轻大质量星系团（YMC）演化为中等质量的疏散星团（OC）。大质量孤立双星（IB）的快速演化模型从双星演化中产生BBH。然后在模型宇宙中进行人口合成，考虑到观测到的宇宙恒星形成和富集的历史，以获得BBH合并收益率从这两个渠道可观察到在目前的一天，在宇宙时间。合并BBH人口从两个渠道相结合，通过应用贝叶斯回归链的概念验证，考虑到观察到的差异内在BBH合并率密度从第二引力波瞬态目录（GWTC-2）。分析估计的OB星的二进制部分$f_{\rm Obin}\gtrsim90$ %和YMC形成效率的$f_{\rm YMC}\sim10^{-2}$，与最近的光学观测和大尺度结构形成模拟一致。相应的组合模型宇宙的现今、微分内禀BBH合并率密度和BBH合并率密度的宇宙演化都与GWTC-2的结果符合得很好。分析还表明，尽管显着的“动力学混合”在低红移，BBH合并在高红移（$z_{\rm event}\gtrsim1$）仍然可以主要由二进制演化物理。在目前的方法和未来的改进的警告进行了讨论。
2021-12-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Lidov-Kozai Cycles with Gravitational Radiation: Merging Black Holes in Isolated Triple Systems
我们表明，黑洞双星与外部同伴可以经历Lidov-Kozai周期，导致近心通道，导致快速合并，由于引力波发射。这种情况经常发生在伴星的质量与双星的折合质量相当，伴星轨道的半长轴在双星半长轴的$\sim 10$倍之内的系统中。使用一个简单的人口合成模型和3体模拟，我们估计在外地的三重黑洞系统的合并率约为6每Gpc $^3$每年在出生踢的情况下，在黑洞形成。这个值是在90%可信区间的低端，从目前的LIGO结果推断出的总黑洞黑洞合并率。在这些计算中有许多不确定性，其中最大的是出生踢的未知分布。即使是适度的出生踢$40\mbox{km s}^{-1}$将减少合并率的40倍。这些系统中的百分之几在首次进入aLIGO可检测的频带（10 Hz以上）时，偏心率将大于0.999。
2017-01-25 astro-ph.HE
A possible evolutionary connection between high-mass X-ray binary pulsars and isolated rotation-powered pulsars
Harvard University（哈佛大学）
该研究以小麦哲伦云的大质量X射线双星脉冲星为对象，发现其自旋演化关系与最年轻孤立旋转动力脉冲星相似，二者特征年龄范围重合但自旋周期差异显著，支持二者存在连续演化联系的可能。
2026-10-15 astro-ph.HE
Analytic Modelling of Binary-Single Encounters: Non-Thermal Eccentricity Distribution and Gravitational-Wave Source Formation
混沌三体相互作用可能导致引力波的形成。在这里，通过将相遇建模为一系列紧密的、非分层的、三重的接近，散布着分层的阶段，其中系统由内部双星和绕其运行的恒星组成，我们计算了近心点概率分布，从而计算了任何给定的双星-单次相遇中的螺旋概率。然后，我们考虑的间接影响的人口的引力波源的二进制单遇到，通过改变偏心率分布的硬二进制的集群，我们计算这个分布分析，要求它是不变的相互作用下与单星。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
EP250108a/SN2025kg: A Magnetar-powered Gamma-Ray Burst Supernova Originating from a Close Helium-star Binary via Isolated Binary Evolution
The Hong Kong Institute for Astronomy and Astrophysics, The University of Hong Kong（香港大学天文及天体物理研究所）；Department of Physics, The University of Hong Kong（香港大学物理系）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（ARC引力波发现卓越中心）；School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Departments of Astronomy and Theoretical Astrophysics Center, UC Berkeley（加州大学伯克利分校天文系和理论天体物理中心）；Nevada Center for Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校天体物理中心和物理与天文系）
EP250108a/SN2025kg的前身可能是一个低质量氦星，通过近距双星演化中伴星的潮汐作用获得角动量，由磁星驱动产生伽马射线暴。
2025-11-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
New insights on binary black hole formation channels after GWTC-2: young star clusters versus isolated binaries
随着最近发布的第二个引力波瞬变目录（GWTC-2），其中引入了数十个新的探测，我们正处于引力波天文学的转折点，因为我们现在能够直接推断对致密物体天体物理种群的约束。在这里，我们解决了理解二元黑洞（BBH）合并的起源的紧迫问题。为此，我们利用国家的最先进的人口合成和N体模拟，代表两个不同的形成渠道：BBH形成的领域（孤立通道）和年轻的星团（动力学通道）。然后，我们使用贝叶斯分层方法来推断混合分数$f$的分布，与$f=0$（$f=1$）在纯动态（孤立）通道。%，控制孤立和动态BBH的比例。我们探讨了模型的额外的超参数的影响，如金属丰度$σ_{\text{Z}}$和参数$σ_{\text{sp}}$的传播，描述自旋幅度的分布。我们发现，当$f=0.26$和$σ_{\text{Z}}=0.4$。具有较高自旋幅度的模型倾向于强烈支持动态形成的BBH（如果是$σ_{\text{sp}}=0.3$，则为$f\le{}0.1$）。此外，我们表明，超参数控制的速率的模型，如$σ_{\rm Z}$，有很大的影响，从$0.18$到$0.43$的混合分数的推断，当我们增加$σ_{\text{Z}}$从0.2到0.6，对于一个固定值的$σ_{\text{sp}}=0.1$。最后，我们目前的一组观测结果更好地描述了两个形成通道的组合，作为一个纯粹的动力学场景被排除在$99\%$可信区间，除了当自旋幅度高。
2021-12-05 astro-ph.HE
Effects of dense matter on the tidal deformations of binary neutron star inspirals and gravitational waves
利用一组统一的状态方程，研究了稠密物质性质对中子星潮汐形变和引力波形的影响。基于核能-密度泛函理论，这些状态方程提供了恒星所有区域的物理一致性处理，并使用精确拟合实验和理论核数据的泛函进行计算。
2022-03-17 astro-ph.HE
