Synergy of short gamma ray burst and gravitational wave observations: Constraining the inclination angle of the binary and possible implications for off-axis gamma ray bursts
紧凑的双星合并是短伽马射线暴（SGRB）的最强候选者。如果紧密双星合并产生的引力波（GW）信号与SGRB相关，这种协同作用可以帮助我们了解这些爆发的许多有趣方面。我们检查的精度与全球网络的引力波干涉仪将测量的倾斜角（角动量轴的二进制和观察者的视线之间的角度）的二进制。比较了GW探测器在不同天体物理场景下测量双星中子星（DNS）和中子星-黑洞（NS-BH）双星倾角的投影精度。我们发现，一个5探测器网络可以测量的倾斜角的精度为$\sim 5.1 (2.2)$度的DNS（NS-BH）系统在200 Mpc，如果源的方向以及红移是已知的电磁。我们认为，如何准确估计的倾斜角的二进制可以证明是至关重要的了解离轴伽玛暴，动力学和能量的射流，并帮助搜索（可能的）孤儿余辉的SGRB。
2014-12-15 astro-ph.HE gr-qc
Synergy between CSST galaxy survey and gravitational-wave observation: Inferring the Hubble constant from dark standard sirens
本文通过模拟CSST星系星表与第三代引力波探测器5年数据，研究利用暗汽笛方法推断哈勃常数，结果显示测量精度可达亚百分比水平，证明二者协同对精确宇宙学具有重要意义。
2023-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Impact of noise transients on low latency gravitational-wave event localisation
引力波（GW）数据包含称为“毛刺”的非高斯噪声瞬变。在第三次LIGO-Virgo观测运行期间，所有引力波候选者中约有24%处于故障附近，而由于探测器灵敏度的提高，未来的观测运行可能会影响更多的事件。这带来了一个问题，因为毛刺可能会影响GW源参数的估计，包括天空定位，这对识别电磁（EM）对应物至关重要。在本文中，我们提出了一项研究，估计有多少天空定位是受附近的小故障在低延迟。我们将双星黑洞（BBH）、双星中子星（BNS）和中子星-黑洞（NSBH）信号注入到包含三种不同类型毛刺的数据中：斑点、雷暴和快速散射。这些小故障的影响是通过估计望远镜需要搜索的瓦片点的数量来评估的，直到观察到事件的真实天空位置。我们发现，blip毛刺影响本地化的BBH合并最，在最极端的情况下，BBH事件是完全错过了，即使是20度$^2$的视野（FOV）望远镜。雷暴故障对BBH和NSBH事件的影响最大，特别是在没有第三个干涉仪的情况下，而BNS事件似乎不受影响。快速散射毛刺仅对NSBH信号影响低延迟定位。对于双干涉仪网络，小型（FOV=1度$^2$）和大型（FOV=20度$^2$）望远镜受到影响，而三干涉仪定位偏差足够小，不会影响大型（FOV=20度$^2$）望远镜。
2022-05-24 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Improved early warning of compact binary mergers using higher modes of gravitational radiation: A population study
紧密二元合并事件的引力波（GW）预警，加上足够紧密的定位天空图，将使望远镜能够在潜在电磁对应物发生之前指向其方向。这将使天文学家能够提取合并前后触发的复杂天体物理现象的宝贵信息。除了模板实时搜索中通常使用的主导模式外，使用更高模式的引力辐射最近被证明可以显着改善一系列非对称质量双星的早期预警时间和天空区域定位。在这项工作中，我们进行了大规模的研究，以评估这种方法的好处，人口紧凑的二进制合并观察。特别地，我们在高斯噪声中注入100，000个这样的信号，其分量质量为$m_1 \in \left[1, 60 \right] M_{\odot}$和$m_2 \in \left [1, 3 \right] M_{\odot}$。我们考虑三种情况下，涉及地面探测器：第五（O 5）的高级LIGO-Virgo-KAGRA网络的观测运行，其预计的旅行者升级，以及拟议的第三代（3G）网络。我们发现，对于固定的早期预警时间的$20-60$秒，包含更高的模式可以提供本地化的改进的一个因素的$\gtrsim 2$的$\sim 60\%$（$70 \%$）的中子星-黑洞系统的O 5（旅行者）的情况。仅考虑那些能产生潜在电磁对应物的中子星-黑洞系统，O 5（旅行者号）中的$\sim 5-35\%$ $(20-50\%)$双星在定位方面的这种改进是可以预期的，尽管定位区域本身取决于距离。对于3G场景，假设基准目标…
2021-02-24 astro-ph.HE gr-qc
On the detection and precise localisation of merging black holes events through strong gravitational lensing
本文通过模拟 LIGO-Virgo-Kagra 与 Euclid 的联合观测，研究利用星系尺度强透镜对并合黑洞事件进行精确定位的可行性，发现约 20-50% 的强透镜化事件可被 Euclid 探测，并给出不同透镜类型下的宿主星系正确识别率及毫角秒级定位精度。
2024-04-30 astro-ph.HE gr-qc
Calibration of the AdvancedVirgo+ Gravitational Wave Detector and Reconstruction of the Detector Strain h(t) during the Observing Run O4
本文研究先进处女座+引力波探测器在O4观测运行期间的校准及探测器应变h(t)重建。基于辅助执行器等进行校准，通过线性噪声减法等在线重建h(t)，生成分析就绪应变数据，用于离线数据分析并公开，提高了源参数估计精度。
2026-07-22 gr-qc
Multimessenger astronomy with a kHz-band gravitational-wave observatory
拟议中的下一代引力波观测站网络包括专门针对中子星科学的千赫兹仪器，例如拟议中的中子星极端物质观测站NEMO。NEMO最初的提议强调了它需要存在于引力波观测站网络中，以确保探测的可信度和源的天空定位。我们表明，NEMO一样的天文台有显着的实用性，对自己的重合电磁观测可以提供检测的意义和天空定位。我们表明，使用一个类似NEMO的探测器和预计在21世纪20年代末和21世纪30年代初的电磁观测站，如Vera C。鲁宾天文台和SVOM，大约$40\%$的所有双中子星合并检测的引力波可以确信地确定为符合多信使检测。我们表明，我们预计$2^{+10}_{-1}\rm{yr}^{-1}$符合观测的引力波合并与伽玛射线暴即时发射，$13^{+23}_{-10}\rm{yr}^{-1}$检测与kilonova观测，和$4^{+18}_{-3}\rm{yr}^{-1}$与宽带余辉和kilonovae，其中的不确定性是$90\%$置信区间所产生的不确定性，在目前的合并率估计。结合起来，这意味着$14^{+25}_{-11}\rm{yr}^{-1}$与$300\rm{Mpc}$的检出率一致。这些数字表明，在没有其他引力波观测站组成的全球网络的情况下，单个千赫引力波探测器具有重大的科学潜力。
2022-02-18 astro-ph.HE gr-qc
Three-band dark-siren cosmology with intermediate mass black hole binaries: Synergy of Taiji, LGWA, and the Einstein Telescope
Northeastern University（东北大学）
本文研究了由 Taiji、LGWA 和 ET 组成的三频引力波探测器网络对中等质量黑洞双星的宇宙学潜力，通过暗 sirens 方法结合银河系目录和红移不确定性，提升了哈勃常数和物质密度的约束精度。
2026-09-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing primordial black holes at high redshift with future gravitational wave detector
本研究分析了未来引力波探测器（地基及LISA）探测埋藏于恒星起源双黑洞群中的原初双黑洞（PBHB）的潜力，利用高红移并合率差异区分二者，发现多探测器协同可有效评估PBHB群是否存在。
2023-11-20 astro-ph.CO gr-qc physics.ins-det
Gravitational wave cosmology with EMRIs
我们表明，未来的空间引力波探测器LISA探测到的最大声的极端质量比吸气（EMRI）可以用作黑暗的标准警报器，统计匹配其天空定位区域与模拟星系目录。在这些程序中，我们专注于一个现实的EMRI人口的情况下，并报告准确预测的宇宙学参数的测量，预计EMRI的潜力，同时约束的哈勃常数，暗物质，和暗能量密度参数。
2021-09-28 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational wave triggered searches for high-energy neutrinos from binary neutron star mergers: prospects for next generation detectors
本文探讨了下一代引力波探测器（ET和CE）触发双中子星并合高能中微子搜寻的能力，指出多台第三代探测器的精确定位对于实现中微子符合探测或约束辐射模型至关重要。
2024-02-29 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Rapid Identification of Strongly Lensed Gravitational-Wave Events with Machine Learning
预计将由第二代和第三代探测器探测到的一小部分引力波（GW）信号将被星系和星系团强烈透镜化，产生多个可观测的副本。虽然开发了最佳贝叶斯模型选择方法来识别透镜信号，但处理用第二（第三）代检测器检测到的数万（数十亿）可能的事件对既计算密集又耗时。为了缓解这个问题，我们建议使用机器学习来快速排除绝大多数候选透镜对。作为一个证明的原则，我们模拟非旋转的二元黑洞事件添加到高斯噪声，和训练机器上的时间-频率图（Q变换）和本地化的天空图（使用Bayestar），这两个都可以在几秒钟内生成。我们表明，经过训练的机器能够准确地识别透镜对，其效率与现有的贝叶斯方法相当。
2021-06-23 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Perspectives for multi-messenger astronomy with the next generation of gravitational-wave detectors and high-energy satellites
爱因斯坦望远镜（ET）将为多信使天体物理学的未来带来一场革命。为了探测高红移的中子星并合双星，高能观测将起到至关重要的作用。在这里，我们探讨ET的观点，作为一个单一的天文台和网络的引力波（GW）探测器，协同未来的$γ$射线和X射线卫星。我们预测的高能量发射的BNS合并和它的可探测性的理论框架，这是能够重现的属性，目前的样本观测到的短伽玛暴（SGRB）。我们估计联合GW和高能量的检测率的即时和余辉排放，测试仪器和观测策略的几种组合。我们发现，绝大多数在$γ$射线中检测到的SGRB将具有可检测的GW对应物;考虑到第三代GW观测站的网络，联合检测效率接近$100\%$。如果通过宽场X射线监视器观察GW仪器提供的天空定位，则识别BNS合并的电磁对应物的概率显着提高。我们强调，未来X射线天文台的作用对于探测喷流核心外的微弱发射将是非常关键的，这将使我们能够探测附近宇宙中尚未探索的低光度SGRB种群，以及揭示喷流结构的性质以及与祖属性的联系。
2022-07-03 astro-ph.HE gr-qc
Landscape of stellar-mass black-hole spectroscopy with third-generation gravitational-wave detectors
本文利用第三代引力波探测器（爱因斯坦望远镜及宇宙探索者）评估恒星质量双黑洞并合后黑洞光谱学的探测前景，通过Fisher矩阵分析预测准正则模式的测量精度和年事件率。
2023-09-25 astro-ph.HE gr-qc
A generalization of the Fredenhagen-Haag derivation of Hawking radiation for a class of Vaidya space-times
该研究推广了Hawking辐射的Fredenhagen-Haag推导，在一类Vaidya时空上构造了探测器响应不等式，得到了有限参数下的相关估计并分析了Hadamard态的构造及渐近蒸发情形的结果。
2026-08-05 gr-qc math-ph math.MP
Merging stellar and intermediate-mass black holes in dense clusters: implications for LIGO, LISA and the next generation of gravitational wave detectors
研究了由两个恒星黑洞（BH）和一个中等质量黑洞（IMBH）之间的相互作用触发的中等质量比螺旋（IMRIs）的形成。我们利用$N$体模型改变IMBH质量，恒星BH质谱，和星团的属性。这些模拟再加上半解析的过程来解释残余IMBH的演变。IMRI形成概率达到值$\sim 5-50\%$，较大的值对应于较大的IMBH质量。IMRIs绘制出恒星BH的质谱，因此它们可能被用来解开恒星星团中的BH人口窝藏IMBH。在IMRI阶段之后，最初接近最大值（几乎不旋转）的IMBH倾向于减少（增加）其自旋。如果IMBH增长主要是通过重复的IMRI，我们表明，只有IMBH种子足够大（$M_{\rm seed} > 300$ M $_\odot$）可以增长到$M_{\rm imbh} >10^3$ M $_\odot$在密集的球状星团。假设这些种子在红移$z\sim 2-6$处形成，我们发现它们中的$1-5\%$在红移$z=0$处将达到质量$\sim 500-1500$ M $_\odot$，并将表现出低自旋$S_{\rm imbh} < 0.2$。测量IMRI中涉及的IMBH的质量和自旋可以帮助解开它们的形成机制。我们表明，LISA可以检测IMBHs在银河系球状星团的信噪比$=10-100$，或在大麦哲伦星云的信噪比$=8-40$。我们提供了LIGO（$Γ_{\rm LIG} = 0.003-1.6$ yr…
2021-05-10 astro-ph.GA gr-qc
Forecast for cosmological parameter estimation with gravitational-wave standard siren observation from the Cosmic Explorer
第三代地基引力波（GW）探测器宇宙探测器（CE）计划于2030年代开始观测。本文对利用CE的引力波标准观测值进行宇宙学参数估计作了预测。我们利用模拟的GW标准CE警报数据来约束$Λ$ CDM、$w$ CDM和CPL模型。我们将模拟的GW数据与当前的宇宙学电磁观测数据结合起来进行分析，包括普朗克最新的宇宙微波背景各向异性数据、光学重子声学振荡测量和Ia型超新星观测（Pantheon汇编）。我们发现，未来的GW标准海妖观测将在很大程度上改善宇宙学参数的估计，因为未来的GW标准海妖观测可以很好地打破光学观测在各种宇宙学参数之间产生的简并。我们还发现，CE的约束能力的宇宙学参数是略好于同类GW探测器，爱因斯坦望远镜。此外，还讨论了CE的GW标准海笛观测与SKA的21 cm发射观测之间的协同作用。
2020-03-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Optimal cross-correlation technique to search for strongly lensed gravitational waves
Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文学与天体物理学中心）
本研究提出了一种用于检测强引力透镜引力波事件对的高效方法，通过优化交叉相关分析，显著提高了检测性能并降低了假阳性概率。
2026-01-29 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Gravitational-Wave Detection using Multivariate Analysis
引力波爆发（瞬态信号，通常是未知波形）的探测需要识别背景探测器噪声中的弱信号。这种搜索的灵敏度往往受到非高斯噪声波动的严重限制，这些噪声波动很难与真实信号区分开来，这对瞬态引力波天文学提出了一个关键问题。目前的噪声抑制测试是基于对候选信号的相对少量的测量特性的分析，通常是检测器之间的相关性。多变量分析（MVA）技术探测事件测量属性的整个空间，试图最大限度地提高将事件准确分类为信号或背景的能力。这是通过采集已知背景事件和（模拟的）信号事件的样本来训练MVA分类器来完成的，MVA分类器然后可以被应用于对未知类型的事件进行分类。我们应用提升决策树（BDT）MVA技术检测与伽马射线暴相关的引力波爆发的问题。我们发现，BDTs是能够增加高达50%的搜索的敏感距离达到，对应于一个因素的3敏感量的增加。这种改进对于触发天空位置、大的天空定位误差、差的数据质量和所使用的模拟信号波形是鲁棒的。重要的是，我们发现BDT分析能够检测到与分类器训练中使用的信号具有不同形态的信号，并且这种改进扩展到超过3σ显著性水平的虚警概率。这些研究结果表明，MVA技术可用于强大的检测引力波爆发与先验未知的波形。
2013-09-08 astro-ph.IM gr-qc
Capturing the electromagnetic counterparts of binary neutron star mergers through low latency gravitational wave triggers
我们研究了联合低延迟引力波（GW）探测和瞬发电磁波（EM）跟踪观测合并双星中子星（BNS）的前景。对于BNS合并与短持续时间的伽马射线暴（SGRBs），我们第一次评估的可行性快速EM后续行动，以捕捉即时排放，早期发动机活动或揭示任何潜在的副产品，如磁星或快速射电暴。为了实现我们的目标，我们首先模拟人口的合并BNS使用现实的源参数分布，并估计在合并前的不同时间的可检测性和定位效率。然后，我们使用一系列已签订GW后续协议的设施，从低频无线电到高能$γ$ -射线，来评估及时跟进的前景。我们量化我们的评估使用观测SGRB通量数据外推到先进的GW干涉探测器LIGO和处女座的地平线距离内，并立即在二进制合并后的提示阶段。我们的研究结果表明，虽然具有挑战性，但突破性的多信使科学是可能的，EM后续设施具有快速响应和广泛的视野。我们证明了抓住SGRB的瞬发阶段（$<$ 5 s）的机会，可以通过加快GW观测站和EM后续设施的检测管道来增强。我们进一步表明，除了澳大利亚仪器的最佳探测器网络可能会提高角分辨率的两个因素，从而大大有助于GW-EM多信使天文学。
2016-03-04 astro-ph.HE gr-qc
The Emergence of Gravitational Wave Science: 100 Years of Development of Mathematical Theory, Detectors, Numerical Algorithms, and Data Analysis Tools
2015年9月14日，新升级的激光干涉引力波天文台（LIGO）记录了一个响亮的引力波（GW）信号，由两个恒星质量黑洞合并的双星发出，距离10亿光年。这一发现于2016年2月宣布，正值爱因斯坦在广义相对论（GR）理论中预测GWs一百周年。该信号代表了对GWs的第一次直接探测，对黑洞双星的第一次观测，以及对GR在其强场、高速、非线性状态下的第一次测试。在第一次观察的剩余时间里，LIGO又观察到两个来自黑洞双星的信号，一个声音中等，另一个处于统计显着性的边界。这些探测标志着长达数十年的探索的结束，以及GW天文学的开始：最终，我们能够通过倾听来探测看不见的电磁黑暗宇宙。在这篇文章中，我们简要介绍了GW科学的历史概况：这个年轻的学科结合了GR，可以说是经典物理学的最高成就，与创纪录的，超低噪声激光干涉测量，以及微分几何理论、偏微分方程、高性能计算、数值分析、信号处理、统计推断和数据科学方面的一些最强大的发展。我们的重点是这些学科之间的协同作用，以及如何数学，广泛理解，历史上发挥了，并继续发挥，在GW科学的发展至关重要的作用。我们关注的是黑洞，它是爱因斯坦引力场方程的纯数学解，但在自然界中却得到了实现，并提供了第一个观测到的信号。
2016-07-18 gr-qc physics.comp-ph physics.data-an
Cosmology with the angular cross-correlation of gravitational-wave and galaxy catalogs: Forecasts for next-generation interferometers and the Euclid survey
Aix-Marseille Université, Université de Toulon, CNRS, CPT（艾克斯-马赛大学，土伦大学，法国国家科学研究中心，理论物理中心）；Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Universitá degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学 G. Occhialini 物理系）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所，米兰比可卡分部）
研究引力波与星系目录在层析红移和距离bin中的角功率谱作为晚期宇宙学探针，预测下一代地面干涉仪结合Euclid测光巡天对哈勃常数和物质能量密度的约束能力。
2026-08-20 astro-ph.CO gr-qc
Prospects to Explore High-redshift Black Hole Formation with Multi-band Gravitational Waves Observatories
早期宇宙中大质量黑洞的聚集仍然是天体物理学中一个缺乏约束的开放性问题。轻种子（质量低于$\sim 1000M_{\odot}$的第三星族恒星的残余）或重种子（质量在$10^4-10^6 M_{\odot}$范围内）的合并和吸积都可以解释大质量黑洞的形成，但种子的丰度及其合并机制是高度不确定的。在接下来的几十年里，即将上线的引力波天文台有望观测到非常高红移的合并，从而揭示第一个黑洞的种子。在这封信中，我们探讨了LISA，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜的潜力和局限性，以限制轻重种子的混合比，以及合并星系中中心黑洞合并的概率。由于第三代地基引力波探测器将只观察轻种子合并，我们演示了两种情况下，种子混合比和合并概率的推断可以是有限的。为了充分描述高红移黑洞形成的过程，多波段引力波观测和电磁观测的协同作用可能是必要的。
2022-02-09 astro-ph.GA gr-qc
Electromagnetic Follow-up Observations of Binary Neutron Star Mergers with Early Warnings from Decihertz Gravitational-wave Observatories
我们调查的前景电磁后续观测的双中子星（BNS）合并，与早期预警的帮助下，分赫兹引力波（GW）天文台，B-DECIGO和DO-最佳。在前人工作的基础上，我们不仅对不同$γ$射线卫星和BNS星群模型的联合短$γ$射线暴（sGRB）探测率进行了快速评估，而且对不同极限星等的巡天望远镜的多波段千诺瓦探测进行了详细的分析和结果。在一个假设的4年的任务时间为分赫兹GW观测站，我们发现，对于电磁后续行动的目标，DO-最佳表现优于B-DECIGO作为一个整体的检测率，并有一个更大的可探测距离联合sGRB/kilonova搜索。以BNS合并的对数正态总体模型和一天的预警时间为例，讨论了利用电磁设备和分赫兹GW探测器进行的各种协同观测的定位和定时精度以及红移分布。在此基础上，我们提出了一种可行的“等待”模式作为未来多信使天体物理的新探测模式。
2022-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Detecting White Dwarf Binary Mergers with Gravitational Waves
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Mid Sweden University（瑞典中部大学）
本文计算并讨论旋近和并合白矮星双星的引力波信号，评估MAGIS Space和AEDGE等空间原子干涉仪探测器的探测能力，预测每年可探测数十至数百个Ia型超新星前身星事件，实现多信使天文学观测。
2026-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Profiling stellar environments of gravitational wave sources
本研究利用引力波测量双星质心运动学参数，无需电磁对应体即可推断宿主恒星环境（如质量与势阱陡峭度），并在多种现实环境及多类探测器上验证了单事件提取可行性。
2025-10-15 astro-ph.HE gr-qc
lensingGW: a Python package for lensing of gravitational waves
先进的LIGO和先进的Virgo可以在未来几年内观察到第一个透镜引力波，而未来的爱因斯坦望远镜可以观察到数百个透镜事件。地基引力波探测器可以分辨出观测频率倒数数量级的到达时间差。由于LIGO/Virgo的频带跨度从几个$\rm Hz$到几个$ \rm kHz$，因此当前干涉仪的典型时间分辨率为毫秒级。当微透镜嵌入星系或星系团中时，透镜效应会变得更加突出，并导致在LIGO/Virgo频率下可观察到的时间延迟。因此，引力波可以提供一个令人兴奋的替代探针的微透镜。然而，目前，在引力波透镜的背景下，只有少数透镜配置已经制定出来。在本文中，我们提出了lensingGW，一个Python包，旨在处理强和微透镜的紧凑的二进制和相关的引力波信号。这种协同作用铺平了道路，系统的参数空间调查和检测任意的镜头配置和紧凑的来源。我们展示了lensingGW的工作机制及其用于研究嵌入在星系中的微透镜。
2020-06-23 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
