Constraining the Konoplya-Rezzolla-Zhidenko deformation parameters III: limits from stellar-mass black holes using gravitational-wave observations
对双黑洞的引力波观测提供了一个合适的舞台来测试强场区域中引力的基本性质。利用LIGO-Virgo天文台探测到的29个事件的数据,我们进行了克尔假设的理论不可知检验。我们计算了在频域中发射的引力波的导阶偏差,并对Konoplya,Rezzolla和Zhidenko提出的一般类轴对称非克尔黑洞时空的两个变形参数($δ_1$和$δ_2$)提供了约束。我们的研究表明,所有分析的事件都符合克尔假设。LIGO-Virgo数据对$δ_1$和$δ_2$的约束比我们以前用X射线数据进行的研究(论文I和II)中获得的约束更强,而另一方面,它们不能约束Konoplya-Rezzolla-Zhidenko度量的其他变形参数($δ_3$、$δ_4$、$δ_5$和$δ_6$)。
2022-05-04 astro-ph.HE gr-qc
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
Gravitational waves from Population III binary black holes are consistent with LIGO/Virgo O3a data for the chirp mass larger than $\sim 20M_{\odot}$
LIGO/Virgo O3 a观测到的双黑洞合并的概率数分布函数具有双峰,分别是啁啾质量$M_c$、总质量$M_t$、主黑洞质量$M_1$和次黑洞质量$M_2$的函数.较大的啁啾质量峰位于$M_c \cong 30 M_{\odot}$。$M_2$与$M_1$的分布遵循$M_2\cong 0.7M_1$的关系。对于$f(M) \propto M^{-α}$形式的星族III星初始质量函数,用$0\leq α\leq 1.5$进行的星族合成数值模拟与$M_c \gtrsim 20M_{\odot}$的O3 a数据一致.模拟数据的$M_2$与$M_1$的分布也与O3 a数据的$M_2\cong 0.7M_1$关系一致。
2021-09-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave quasinormal mode from Population III massive black hole binaries in various models of population synthesis
针对双黑洞合并后的残余黑洞,我们证明了在不同的参数和函数下,可以探测到第三族双黑洞合并的引力波,其探测率为$5.9-500~{\rm events~yr^{-1}}~({\rm SFR_p}/ (10^{-2.5}~M_\odot~{\rm yr^{-1}~Mpc^{-3}})) \cdot ({\rm [f_b/(1+f_b)]/0.33})$.该速率是针对第二代引力波探测器(如KAGRA)的SNR $>8$事件估计的。这里,${\rm SFR_p}$和${\rm f_b}$分别是星族III恒星形成率和双星比例的峰值。当我们仅考虑SNR为$>35$的事件时,事件率变为$0.046-4.21~{\rm events~yr^{-1}}~({\rm SFR_p}/ (10^{-2.5}~M_\odot~{\rm yr^{-1}~Mpc^{-3}})) \cdot ({\rm [f_b/(1+f_b)]/0.33})$。这表明,对于剩余黑洞的自旋$q_f>0.95$,当信噪比$>35$小于$0.037~{\rm events~yr^{-1}}~({\rm SFR_p}/ (10^{-2.5}~M_\odot~{\rm yr^{-1}~Mpc^{-3}})) \cdot ({\rm [f_b/(1+f_b)]/0.33})$时,我们得到的事件率为$>35$,而对于第三代探测器如爱因斯坦望远…
2016-06-01 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Astrophysical sense of the gravitational waves discovery
由国际合作LIGO(激光干涉引力波天文台)/Virgo发现的引力波一方面是对广义相对论的胜利确认,另一方面证实了关于宇宙中重子物质在双星中集中的核演化的一般基本思想。LIGO/Virgo可能是物理学史上第一个探测到两个物理实体的实验,引力波和黑洞
2017-02-22 astro-ph.HE
Dark matter in the solar system III: The distribution function of WIMPs at the Earth from gravitational capture
在这最后一个系列的三个弱相互作用大质量粒子(WIMP)的暗物质在太阳系中,我们专注于WIMP绑定到系统的引力散射了行星。我们提出了一个玩具太阳系中的WIMP轨道模拟只包括太阳和木星。正如以前的工作所建议的,我们发现,在地球上的引力捕获的WIMP的密度是小的,在很大程度上不敏感的弹性散射在太阳的细节。然而,我们发现引力捕获的WIMP的密度可能会受到外部银河系引力场的影响。如果这些场不重要,那么地球上引力捕获的WIMP的密度应该与太阳系中弹性散射捕获的WIMP的最大密度相似。使用标准的假设晕WIMP分布函数,我们发现,引力捕获的WIMP的直接检测事件率的贡献可以忽略不计。虽然这些WIMP确实主导了地球中WIMP的湮灭率,但中微子望远镜中的事件率太低,无法在下一代中微子望远镜中观察到。
2009-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Fermi-GBM Observation of GRB 090717034: $χ^2$ Test Confirms Evidence of Gravitational Lensing by a Supermassive Black Hole with Million Solar Mass
伽玛射线暴的引力透镜效应为探测宇宙中不同红移的大质量致密天体提供了可能。我们在GRB 090717034的光变曲线中发现了两个连续的脉冲,它们具有相同的时间轮廓和不同的计数率,间隔一定的时间,在Fermi/GBM GRB星表\citep{Kalantari}中被确定为引力透镜的候选者。在这里,我们使用的$χ^2$方法来调查的时间轮廓变化的两个脉冲作为一个引力透镜的候选伽玛暴的相似性。我们发现放大因子和两个脉冲之间的时间延迟对应于最小化的$χ^2$功能。然后,我们对一个模拟透镜GRB样本进行了蒙特卡罗模拟,并将透镜GRB候选者的$χ^2$与模拟结果进行了比较,证实了该候选者具有$1σ$置信水平。假设GRB 090717034被一个点状物体所透镜化,红移的透镜质量约为$M_L(1+z)=(4.220\pm 6.615) \times 10^6 M_{\odot}$。这个伽玛射线暴的透镜是沿着伽玛射线暴视线的超大质量黑洞的候选者。
2022-09-06 astro-ph.HE
Constraining Population III stellar demographics with next-generation gravitational-wave observatories
本文提出利用贝叶斯深度学习仿真器结合非参数恒星形成历史模型,从下一代引力波天文台模拟星表中区分第三族与第一/二族黑洞并合事件,并实现对第三族初始质量函数谱指数和恒星形成率密度的有效约束。
2025-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Double Compact Objects III: Gravitational Wave Detection Rates
第二代引力波(GW)观测站的范围前所未有,需要改进对潜在源和检测率的预测。双致密天体(DCOs)的聚并--即,中子星-中子星(NS-NS)、黑洞-中子星(BH-NS)和黑洞-黑洞(BH-BH)双星系统是这些探测器最有希望的引力波源。我们使用最新的宇宙学演化模型计算第二代GW探测器中合并DCO的探测率,并在我们的信噪比计算中实施inspiral-merge-ringdown(IMR)引力波形模型。我们发现:(1)信号的合并/振铃部分的包括对NS-NS和BH-NS系统的速率没有显著影响,但它使BH-BH系统的速率提高了一个因子$\sim 1.5$;(2)在我们的几乎所有模型中,BH-BH系统产生最大的速率,其次分别是NS-NS和BH-NS系统,(3)大多数可探测的BH-BH系统形成于宇宙早期的低金属丰度环境。我们预测检测到的双星的分布,并讨论了什么样的第一GW检测将教我们有关的天体物理学基础的二进制的形成和演化。
2015-07-05 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave of intermediate-mass black holes in Population III star clusters
先前的理论研究表明,第三星族(Pop3)恒星倾向于形成于金属含量极低的气体云中,大约$10^5 M_\odot$嵌入在迷你暗物质晕中。非常大质量的恒星可以通过Pop3星团中的多次碰撞形成,并最终演化为中等质量黑洞(IMBH)。在这项工作中,我们进行逐星$N$体模拟的长期演化的Pop3星团。我们发现,如果迷你暗物质晕今天可以生存,这些星团可以避免银河系环境的潮汐破坏,并可以有效地产生IMBH-BH合并之间的广泛的红移从0到20。平均引力波事件发生率估计为$0.1-0.8~\mathrm{yr}^{-1} \mathrm{Gpc}^{-3}$,大约有$40-80$ %的合并发生在高红移($z>6$)。特征应变表明,LISA、天琴和太极能探测到部分低红移合并,而DECIGO和先进的LIGO/VIRGO/Kagra能探测到大部分合并。具有配对不稳定BH的合并具有大约$0.01-0.15$ ~yr $^{-1}$ ~Gpc $^{-3}$的速率,这可以解释类似GW 190521的事件。
2022-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational waves from mergers of Population III binary black holes: roles played by two evolution channels
本研究基于A-SLOTH代码模拟第三代双黑洞的两种演化通道,分析其对宇宙并合事件占比、随机引力波背景及爱因斯坦望远镜探测率的影响,明确了两类通道的特征与相对重要性。
2024-09-11 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Searches for Population III Pair-Instability Supernovae: Impact of Gravitational Lensing Magnification
超亮超新星被认为是由第三星族的祖先产生的,它们以对不稳定性超新星的形式爆炸。Pop III星是宇宙中的第一代恒星,被认为形成于$z \sim 6$。未来的近红外成像设施,如ULTIMATE斯巴鲁,可以通过专门的调查来检测和识别这些PISNe。宇宙中介入结构的引力透镜可以通过将高$z$源群放大到可检测性来帮助检测这些稀有物体。我们使用ULTIMATE-Subaru进行了模拟调查,考虑了视线结构的透镜效应,以评估其对预测检测率的影响。我们比较了LOS质量重建使用观测数据从超Suprime凸轮调查的结果从宇宙学模拟,以测试它们的一致性在计算宇宙中的放大率分布高$z$,但发现,基于数据的方法仍然是有限的无法准确地表征结构超越$z \sim1.2$。我们还评估了一个调查战略,针对大规模的星系团,以利用其大面积的高放大率。我们发现,目标集群可以导致$\sim$的一个因素的增益在预测的数量检测到PISNe在$z > 5$,甚至更高的增益与增加红移,给定我们假设的调查参数。对于在$z \sim 7-9$的最高红移源,空白场巡天不会探测到任何源,而大质量星系团的透镜放大将是观察这个群体所必需的。
2019-03-05 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Science with the space-based interferometer eLISA. III: Probing the expansion of the Universe using gravitational wave standard sirens
我们调查的各种配置的空间干涉仪eLISA探测宇宙的晚时间背景膨胀使用引力波标准警报器的能力。我们模拟目录的标准警报组成的大规模黑洞双星的引力辐射是可检测的eLISA,并有可能产生一个电磁对应观测未来的调查。识别对应物的主要问题在于使用eLISA获得足够准确的天空定位的能力。这严重挑战了四连杆(2臂)配置的能力,成功地约束宇宙学参数。相反,六连杆(3臂)的配置有可能提供一个测试宇宙膨胀到$z\sim 8$,这是补充其他宇宙学探测电磁观测的基础上。特别是,在最有利的情况下,它们可以在0.5%的水平上对$H_0$提供显著的限制。此外,可以将$(Ω_M, Ω_Λ)$限制到与当前SNIa结果竞争的水平。另一方面,由于在低红移处缺乏大质量黑洞双星标准警报,只能将暗能量限制在百分之几的水平。
2017-03-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pair-Instability Gap Black Holes in Population III Star Clusters: Pathways, Dynamics, and Gravitational Wave Implications
通过N体模拟发现第三星族星团经双黑洞并合等路径形成对不稳定性间隙黑洞,其引力波事件并合率及探测率显著,为解释GW190521类事件提供了重要机制。
2025-04-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Contribution of Population III Stars to Merging Binary Black Holes
本研究通过快速双星种群合成模拟,发现孤立双星(包括Pop III恒星)形成的双黑洞可解释GWTC-3观测到的并合率密度与质量分布,并预测未来几年将发现几颗对不稳定性超新星。
2024-03-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
The detection of Quasinormal Mode of Pop III Binary Black Hole merger with final $M \sim 60M_\odot$ and $a/M \sim 0.7$ would confirm the strong gravity space-time around $\sim 2M$ which is only $\sim 1.17$ times the event horizon radius
最近对Pop III星的人口合成模拟表明,$\sim 30M_\odot$- $30M_\odot$双黑洞合并的事件率可以足够高,可以被第二代引力波探测器探测到。啁啾信号和准正规模的频率都接近这些探测器的最佳灵敏度,因此有可能证实爱因斯坦的广义相对论。利用WKB方法,我们认为,对于由双黑洞并合的数值相对论结果得到的自旋参数$a/M\sim 0.7$的典型值,黑洞时空在$2M$半径附近(即$\sim 1.17$乘以事件视界半径)的强引力将如广义相对论所预言的那样得到证实.用有意义的精度确定准正态模频率所需的具有信噪比$> 35$的事件发生率的期望值为$0.17$ -- $7.2$ ~ ${\rm events~yr^{-1}~(SFR_p/(10^{-2.5}~M_\odot~yr^{-1}~Mpc^{-3}))} \cdot (\rm [f_b/(1+f_b)]/0.33)$其中${\rm SFR_p}$和${\rm f_b}$分别是Pop III恒星形成率和双星分数的峰值。对于可能的光学对应物,如果质量为$M\sim 60M_\odot$的合并黑洞与$n\sim 100~{\rm cm^{-3}}$一起位于星际物质中,并且黑洞的自行为$\sim 1~{\rm km~s^{-1}}$,则光度为$\sim 10^{40}~{\rm erg~ s^{-1}}$,其可以被探测到$\sim…
2016-01-26 astro-ph.HE gr-qc
Waveform models for the gravitational-wave memory effect: III. Phenomenological frequency-domain model for nonspinning binaries
Laboratoire d’étude de l’Univers et des phénomènes eXtrêmes (LUX), Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS(极端宇宙现象实验室,巴黎天文台,巴黎文理研究大学,索邦大学,法国国家科学研究中心);Department of Physics, University of Virginia(弗吉尼亚大学物理系)
该研究构建了非自旋双黑洞引力波记忆信号的唯象频域模型,精度达$10^{-4}-10^{-3}$量级,效率高于时域模型,相关实现已开源。
2026-09-07 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the delay time distribution of binary neutron stars. III. Using the individual star formation histories of gravitational wave event host galaxies in the local universe
在论文I(Safarzadeh & Berger 2019)中,我们研究了通过晕/恒星质量与本地宇宙中承载引力波(GW)事件的星系的恒星形成历史(SFH)之间的标度关系来确定双星中子星(BNS)的延迟时间分布(DTD)。在这里,我们将探讨如何详细重建的BNS合并宿主星系的单个SFH可以提高使用的标度关系。我们使用星系和质量大会(GAMA)调查,这是质量完整的$M_*>10^9$ M $_\odot$在红移范围$0.05<z<0.08$的星系。我们使用重建的SFH来自探矿者代码,为两个不同的先验集合(有利于连续和突发SFH),卷积那些与幂律DTDs的特征在于一个指数$Γ$和最小延迟时间$t_{\rm min}$。我们发现,这种方法的$\mathcal{O}(100)-\mathcal{O}(300)$主机星系需要约束的DTD参数,与数量取决于选择的SFH前和真正的DTD的参数。我们进一步表明,只使用BNS合并的宿主星系,而不是在相关的宇宙体积的潜在的宿主星系的全部人口,导致在恢复的DTD参数的微小偏差。相对于使用标度关系的方法,所需的宿主星系样本大小几乎要小一个数量级,我们预计在第三代GW探测器出现之前,在十年或二十年内收集到这样的宿主星系样本。
2019-05-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Gravitational wave: generation and detection techniques
本文综述引力波产生理论与探测技术,涵盖分类、双星数学、地面与天基探测器、暴胀波,并重点讨论匹配滤波及深度学习在数据分析中的应用。
2023-12-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
On the population III binary black hole mergers with intermediate mass black holes: dependence on common envelope parameter
目前的引力波(GW)探测器已经成功地观测到了许多双星致密天体,第三代地基GW探测器如爱因斯坦望远镜和星载探测器如LISA将在十年内开始对GW的观测。为了迎接这个新时代的到来,我们对极大量($\sim$ 100- 1000 $M_\odot$)星群(Pop.)III星,导出了中等质量黑洞(IMBHs)与双星黑洞(BBH)合并的各种性质,并研究了对公共包线参数$αλ$的依赖性。我们发现,共同包络参数越小,初级BH质量的最大质量越大。在本研究中,我们对Pop. III星采用双幂律初始质量函数(IMF),并通过与引力波(GW)观测结果的比较,对Pop. III星的IMF进行了约束.我们计算的检测率,并表明,第三代地基GW探测器,爱因斯坦望远镜,有可能检测$\sim$ 10- 1000 BBH与IMBH每年。我们还发现,如果一个总质量为$\gtrsim500M_\odot$的BBH被先进的LIGO(O 4)或LISA探测到,我们可能能够获得对$αλ$的洞察。
2022-11-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
The detection rate of Inspiral and Quasi-normal modes of Pop III binary black holes which can confirm or refute the General Relativity in the strong gravity region
利用我们的布居合成程序,我们发现Pop III BH-BH的典型啁啾质量是$\sim30~\msun$,总质量是$\sim60~\msun$,因此合并BH的内旋啁啾信号以及准简正模(QNM)是KAGRA的有趣目标。在我们的标准模型中,合并的Pop III BH-BH的检测率为$\sim$ 180 $\rm events~yr^{-1}$ $(\rm SFR_p/(10^{-2.5}~\msun \rm~yr^{-1}~Mpc^{-3}))\cdot([f_b/(1+f_b)]/0.33)\cdot Err_{sys}$,其中$\rm SFR_{p},~f_b$和$\rm Err_{sys}$分别是Pop III恒星形成率的峰值、二进制分数和与$\rm Err_{sys}=1$的系统误差。为了评估啁啾质量分布的鲁棒性和$\rm Err_{sys}$的范围,我们研究了结果对未知参数和分布函数的依赖性。我们发现,啁啾质量在大多数参数和分布函数中都有一个峰值在$\sim 30 ~\msun$处,$\rm Err_{sys}$的范围为0.046 ~ 4。最低发生率对应于我们认为不太可能的最差模型,因此除非$ {\rm ~(SFR_p/(10^{-2.5}~\msun~yr^{-1}~Mpc^{-3}))\cdot([f_b/(1+f_b)]/0.33) \ll 0.1}$,否则我们预计KAG…
2015-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Stellar-mass black holes in young massive and open stellar clusters and their role in gravitational-wave generation III: dissecting black hole dynamics
稠密星团中的恒星遗迹黑洞(BH)是触发广义相对论性(GR)螺旋和双星黑洞(BBH)合并的自然环境,通过在这种环境中的动力学相遇,LISA和LIGO-Virgo可以探测到。在这项工作中,这种动力学相互作用的复杂性进行了探讨,利用现实的,自洽的,后牛顿,直接N-体演化模型的年轻的大规模和开放的星团。特别是,紧凑的子系统的配置,驱动集群内GR BBH聚结,跟踪飞行。这种方法揭示了疏散星团内的GR合并主要是通过涉及三重BH系统的混沌相互作用发生的。虽然不太常见,但这种合并也发生在高阶子系统中,如四元组和涉及非BH成员的子系统中;合并本身可以是BH-非BH,这些事件会留下电磁特征。在星团内部近距离的飞行相遇也可以使BBH和其他类型的双紧双星暂时成为后牛顿体;这样的双星可能会对LISA和PTA的GW背景做出贡献。这些计算,此外,建议疏散星团是潜在的主机,不仅分离BH-主序星双星,最近发现的球状星团NGC 3201,但也有各种各样的其他类型的残余-非残余双星,这是通过集群内的动力学相互作用组装,并有被发现的径向速度调查的前景。
2018-09-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraint on the progenitor of binary black hole merger using Population III star formation channel
Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo(东京大学宇宙射线研究所);School of Physics and Astronomy, Cardiff University(卡迪夫大学物理与天文学学院);Faculty of Engineering, Shinshu University(信州大学工学部);Research Center for Advanced Air-mobility Systems, Shinshu University(信州大学先进航空移动系统研究中心);Research Center for the Early Universe, Graduate School of Science, University of Tokyo(东京大学理学研究科早期宇宙研究中心)
通过分层贝叶斯推断分析GWTC-3事件,约束第三族恒星双黑洞通道的分支比为0.11^{+0.08}_{-0.06},并评估各通道对引力波目录的贡献。
2026-06-24 astro-ph.HE gr-qc
Collapsar Disk Outflows III: Detectable Neutrino and Gravitational Wave Signatures
University of Alberta(阿尔伯塔大学);Heidelberg University(海德堡大学);Niels Bohr Institute, University of Copenhagen(哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所)
研究塌缩盘在失败坍缩后产生的中微子和引力波信号,通过模拟分析其可检测性及对恒星爆炸机制的贡献。
2025-12-11 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc