Confusing Head-On Collisions with Precessing Intermediate-Mass Binary Black Hole Mergers
我们报告的引力波信号之间的简并从准圆进动黑洞合并和那些极端偏心合并，即迎面碰撞。使用准圆形双星模型对迎面碰撞的数值模拟信号进行模型选择，我们发现，对于15和25的信噪比，典型的高级LIGO观测，与$M\in (125,300)M_\odot$和$M\in (200,440)M_\odot$各自总质量的迎面合并将被识别为旋进准圆形中等质量黑洞双星，位于更大的距离。排除正面碰撞的情况需要使用目前不存在的正面碰撞波形模型进行模型选择，同时将天体物理学驱动的先验应用于这些事件的（罕见）发生。我们表明，在紧凑的二进制文件的标准参数推断的情况下，可能会报告组件质量内（外）对不稳定超新星间隙，真正的对象可能是一个迎面合并质量外（内）这个差距。我们简要讨论了这些发现对最近引力波探测GW 190521的潜在影响，我们在[Phys. Rev. Lett. 126，081101]。
2021-05-17 gr-qc
A hybrid method for understanding black-hole mergers: head-on case
黑洞-双星并合过程通常分为三个阶段：涡卷、并合和衰荡。后牛顿（PN）近似处理螺旋相，黑洞微扰（BHP）理论描述衰荡，时空的非线性动力学描述合并。在本文中，我们介绍了一种混合的方法，结合PN和BHP理论的元素，并将其应用到与横向，反平行自旋的黑洞的正面碰撞。我们比较我们的近似技术与完整的数值相对论模拟，我们发现引力波形和辐射的能量和动量之间的良好协议。我们的研究结果表明，PN和BHP理论可能足以解释的主要特点，外向引力辐射的迎头合并。这将进一步意味着，精确黑洞解的线性扰动可以捕捉到远离碰撞的观测者可以接触到的双黑洞合并的非线性方面。
2010-11-15 gr-qc
Momentum flow in black-hole binaries: II. Numerical simulations of equal-mass, head-on mergers with antiparallel spins
从双星黑洞（BBH）模拟中提取科学的研究通常采用“散射矩阵”的观点：给定双星的初始参数，最终黑洞的参数和发射的引力波形是什么？相反，我们正在使用BBH模拟来探索弯曲时空的非线性动力学。聚焦于头上的暴跌，合并，并ringdown的BBH横向，反平行的自旋，我们探讨数值的动量流之间的孔和周围的时空。我们利用广义相对论的平坦时空中的朗道-利夫希茨场论来定义和计算视界外的场能量和场动量的密度以及视界内的能量和动量，并将每个视视界和事件视界的有效速度定义为其封闭动量与封闭质能的比值。我们发现视界的有效速度和坐标速度惊人地一致。为了研究我们的结果的规范依赖性，我们比较了物理上相似的初始数据的伪谱和移动穿刺演化;虽然谱和穿刺模拟使用不同的规范条件，我们发现我们的结果在这两种情况下非常好的协议。我们还比较了我们的模拟与后牛顿轨迹和近场能量动量。[摘要缩写;完整摘要还提到了其他结果。]
2009-07-05 gr-qc
Mass-Energy and Momentum Extraction by Gravitational Wave Emission in the Merger of Two Colliding Black Holes: The Non-Head-On Case
我们数值研究了两个Schwarzschild黑洞在非迎头碰撞中的并合后状态。我们的治疗是在非轴对称的Robinson-Trautman时空，这是适当的系统的描述领域。构造了系统的特征初始数据，并使用基于Galerkin谱方法的数值代码将Robinson-Trautman方程积分。碰撞是平面的，仅限于由两个初始碰撞黑洞的方向决定的平面，引力波的净动量通量仅限于这个平面。计算了质量-能量提取效率、引力波携带的总能量和动量以及剩余黑洞的动量分布。我们的分析是基于Bondi-Sachs四个动量守恒定律。正面碰撞和正交碰撞分别构成引力波的能量发射和质能提取效率的上限和下限。的动量提取和模式的动量通量，作为入射角的函数，检查。动量提取表征了系统的强减速状态。本文还研究了引力波信号的角模式。它们是早期发射的典型韧致辐射。引力波也被发射到碰撞平面之外，但是该分量具有零净动量通量。碰撞的入射角和残余物的出射角之间的关系非常接近牛顿动力学中经典粒子的非弹性碰撞的关系。
2012-01-31 gr-qc
Black-hole horizons as probes of black-hole dynamics I: post-merger recoil in head-on collisions
对黑洞视界附近强场动力学的理解是广义相对论中一个长期存在且具有挑战性的问题。最近在数值相对论和黑洞视界的几何特征方面的进展为这个问题开辟了新的途径。本文是两篇系列文章中的第一篇，我们着重分析了双黑洞并合中的反冲，推广了文[1]中的Robinson- Trautman时空分析。更具体地说，我们探测时空动力学的相关性定义在黑洞视界和零无穷大的数量。这些超曲面的几何形状响应于体引力场作为时空动力学散射视角中的测试屏。在一个3 + 1的方法，我们建立了一个有效的曲率向量的动态视界部分的内在几何和相关的发展与大距离的邦迪线动量通量。我们利用这个装置数值研究了非自旋黑洞的迎头碰撞，并证明了它在追踪无穷远反冲动力学定性方面的有效性。我们也接触的建议，反踢可以描述的“慢度参数”，以及如何计算这可以从本地的地平线属性。在另一篇文章[2]中，我们将进一步阐述这种方法的几何方面，以及它与其他描述黑洞视界动力学性质的方法的关系。
2012-05-05 gr-qc
Gravitational wave momentum extraction in non-axisymmetric Robinson-Trautman spacetimes
本文用数值方法研究了非轴对称Robinson-Trautman时空中的引力波反冲。我们构造了Robinson-Trautman动力学的特征初始数据，这些动力学被解释为对应于具有共同视视界的两个助推碰撞黑洞的早期合并后状态。我们的分析是基于Bondi-Sachs能量-动量守恒定律，该定律调节了引力波发射中涉及的辐射转移过程。我们评估了由引力波进行的Bondi-Sachs动量通量和相关的净反冲速度定义（在零初始Bondi动量框架中）与系统上施加的总引力波脉冲成比例。得到并分析了对应于（i）非迎头碰撞和（ii）黑洞迎头碰撞的两类不同初始数据的反冲速度分布。对于第一类（i），净引力波动量通量和相关的踢评估为一个给定的域的参数（入射角和质量比）。典型地，对于质量相等的情况，净引力波动量通量不为零。这最后一个结果表明，这些配置是没有连接到黑洞双螺旋或迎面碰撞。我们认为，这些系统可能是一个候选人的合并后阶段的非头上碰撞的黑洞不合并前的螺旋阶段之前，例如碰撞黑洞在合并前的无界轨迹的近似描述。对于第二类（ii），迎头碰撞，我们比较了我们的结果，并讨论了类比，与$1+3$数值相对论模拟的二元黑洞吸气和迎头碰撞。
2014-03-18 gr-qc
Gravitational Wave Recoil and Kick Processes in the Merger of Two Colliding Black Holes: The Non Head-on Case
本文在Robinson-Trautman时空范围内，数值研究了两个黑洞在非迎头碰撞条件下并合的引力波反冲过程。构造了系统的特征初始数据，演化过程涵盖了合并后的阶段，直到最终的残余黑洞的配置。由引力波和相关的脉冲进行的净动量通量的评估。我们的分析是基于系统的能量动量的Bondi-Sachs守恒定律。还评估了由总引力波冲量赋予合并系统的净反冲速度$V_{k}$。通常对于非正面碰撞，引力波携带的净动量通量对于质量相等的碰撞黑洞是非零的。分布的$V_{k}$作为对称质量比$η$的函数是很好的拟合由修改Fitchett $η$ -标度律，额外的参数修改的法律是一个措施的非零引力波动量通量的初始质量相等的黑洞。对于碰撞黑洞的初始下落速度$v/c \simeq 0.462$和碰撞入射角$ρ_0=21^{o}$，我们得到了最大值$V_{k} \sim 121 {\rm km/s}$位于$η\simeq 0.226$ .对于初始等质量黑洞（$η=0.25$），我们得到了$V_{k} \sim 107 {\rm km/s}$ .基于集成的Bondi-Sachs动量守恒定律，我们讨论了一个可能的定义的质量中心的速度的二进制合并系统，并表明-在适当的惯性系-它的渐近接近净踢速度，这是在这个惯性系中的剩余黑洞的速度。对于较大的$v/c$值，我们获得了大得多的净井涌速度值，例如，对于$v/c \simeq 0…
2012-02-14 gr-qc
Head-on collision of multi-state ultralight BEC dark matter configurations
超轻玻色凝聚暗物质的密度分布由Gross-Pitaevskii-Poisson（GPP）方程组的结构形成的数值模拟推断，具有核尾结构。另一方面，GPP系统的多状态平衡构型具有类似的核-尾密度分布。现在，我们提交这些多状态配置高度动态的情况下，并显示其作为适当的密度配置文件的结构的供应商的潜力。我们所做的是模拟GPP方程组中两个平衡组态之间的迎头碰撞，包括基态与多态组态的碰撞。我们研究了孤子和合并行为的制度，并显示系统的动力学，包括松弛过程和吸引子密度分布的一般属性。我们表明，多态配置的合并有可能产生核-尾密度分布，其中核心由基态主导，晕轮由附加态主导。
2018-09-10 gr-qc
Massive boson stars: Stability and GW emission in head-on mergers
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；King’s College London（伦敦国王学院）
通过构建平衡序列和动力学演化，研究四阶自相互作用大质量玻色子星的稳定性，并分析头对头并合中三种结局及其引力波能量特征。
2026-05-28 astro-ph.HE gr-qc
Recoiling from a kick in the head-on collision of spinning black holes
在黑洞的螺旋和合并过程中，引力辐射会引起反冲“反冲”。最近，数值相对论界已经开始测量当考虑不相等的质量和自旋时发现的显著反冲。因为理解这种反冲的每个分量的原因和幅度可能在螺旋模拟中是复杂的，所以我们在一个简单的测试问题的背景下考虑这些影响。我们研究反冲从最初的头上的轨迹的二进制文件的碰撞，从最简单的情况下，没有自旋，然后添加自旋和不同的质量比，分别和共同的质量相等。我们发现自旋诱导的反冲是显着的相对不等质量的反冲，即使在头上的配置。此外，似乎横向反冲与自旋的标度与后牛顿理论是一致的，即使反冲是在非线性合并相互作用中产生的，后牛顿理论不应该适用。这表明，一个简单的启发式描述可能是有效的自旋踢的估计。
2007-11-19 gr-qc
Eccentric binary neutron star mergers
中子星双星提供了丰富的引力波和合并残留物方面的现象。然而，大多数广义相对论研究都是针对近圆双星进行的，除了正面碰撞。我们提出了第一个数值相对论调查的合并偏心等质量中子星双星探测之间的制度头和圆形。除了由轨道运动产生的引力波，我们发现，该信号还包含一个强大的组成部分，由于恒星振荡（f-模式）引起的潮汐力，扩展了经典的结果为牛顿双星。合并可以导致相当大的磁盘的数量级的10%的总初始质量。
2013-01-08 astro-ph.HE gr-qc
On the entropy of a stealth vector-tensor black hole
本文研究广义 Proca 引力中 stealth 矢量-张量黑洞的熵，发现其相对广义相对论结果多出由矢量场荷调制的对数修正，并给出保证熵随黑洞面积非递减的条件及对黑洞并合和熵引力的启示。
2023-10-31 gr-qc
Relaxation of structures resulting from head-on mergers of ultralight bosonic dark matter cores
在这项工作中，我们研究的Gross-Pitaevskii-Poisson系统，规则的超轻玻色子暗物质模型的动力学平衡解的迎头合并的一些功能。平衡解的重要性在于它们在结构形成模拟中扮演晕核的角色。我们考虑一个给定的初始条件范围内，以采样的参数空间的质量比和迎面动量。在每种情况下，我们分析了在高和低动量制度的引力冷却引起的弛豫过程，并估计在每种情况下的弛豫时间尺度。我们检测到一个低频模式在整个参数空间，它被发现，由此产生的配置振荡在此模式下的振幅取决于质量比和迎面动量。在某些情况下，所产生的配置振荡的密度变化的两个数量级，并与物质分布是远离各向同性。这些结果可能有助于收集可能的质量分布考虑在结构形成模拟中获得的质量分布的重建。
2019-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Revisiting Event Horizon Finders
事件视界是黑洞时空的定义性物理特征，在黑洞动力学研究中具有重要意义。在这里，我们重新考虑三种技术，本地化事件视界在数值时空：集成测地线，集成表面，并集成一个水平集的表面上的体积。我们实现了前两种技术，并发现直接集成的测地线向后的时间是最强大的。我们发现零曲面向旋转黑洞的事件视界的指数趋近率等于黑洞的表面引力。在迎头合并中，我们能够通过7次振荡跟踪合并后的黑洞的准正常振铃，覆盖的动态范围约为10^5。无论是在晚期（当最后一个黑洞稳定下来时）还是在早期（在合并之前），视视界都被发现是事件视界的一个极好的近似。在对向双黑洞合并中，视界的未来零发生器中只有{ \em some}是从过去的零无穷大开始的;其他的在合并之前很久的时候接近单个黑洞的事件视界。
2009-02-14 gr-qc
Revisiting Thermodynamics of the Hayward Black Holes and Exploring Binary Merger Bounds
School of Science, Walailak University（瓦拉柴大学理学院）
本文重新审视Hayward黑洞的热力学，推导出双等质量黑洞碰撞后最终质量的界限，并讨论Hayward参数对热力学和并合性质的影响。
2026-04-15 gr-qc
On the final fate of compact boson star mergers
玻色子星是由复杂的标量场构成的自引力物体，已经被提出作为从星系暗物质到黑洞模仿者的非常不同的场景的简单模型。在这里，我们专注于一个非常紧凑的玻色子星类型的研究通过改变不同的参数，即相移，旋转方向和角动量的二进制合并。我们的目的是调查的对象所产生的合并，在这些不同的情况下，通过数值演化的属性。这些模拟，通过使用修改的协变共形Z4（CCZ 4）形式主义的爱因斯坦方程，不需要任何代数强制执行的约束，表明，最终状态后，正面碰撞的低质量玻色子星是另一个玻色子星。然而，在玻色子-反玻色子对的合并过程中，恒星几乎完全湮灭。轨道玻色子星的合并形成一个旋转的棒，它迅速松弛成一个非旋转的玻色子星。
2017-05-02 gr-qc
The interior of a binary black hole merger
我们发现了强有力的数值证据的一个新的现象，在一个二元黑洞时空，即合并的边际外捕获面（MOTS）。通过模拟两个非自旋不等质量黑洞的迎头碰撞，我们观察到与最后一个黑洞相关联的MOTS与两个初始黑洞相对应的两个初始不相交表面合并.这就产生了一个连接的序列MOTS之间的初始和最终状态之间的插值所有的方式通过非线性二元黑洞合并过程。此外，我们还发现了一个MOTS的存在与自我交叉合并后立即形成。这种情况现在允许我们跟踪合并过程中的物理量（如质量、角动量、更高的多极子和通量），这些物理量可以与波区的引力波信号进行比较，也可以与引力波探测器的观测结果进行比较。这也表明了一种可能性，证明彭罗斯不等式数学上的一般天体物理二元背孔配置。
2019-10-22 gr-qc
Horizons in a binary black hole merger I: Geometry and area increase
数值相对论的最新进展揭示了当黑洞合并时，边缘捕获表面的行为。现在我们知道，在合并过程中会出现有趣的拓扑特征，并且边缘捕获的曲面可以有自相交。本文介绍了最详细的研究，但这种情况下的物理和几何方面。对于非自旋黑洞的迎头碰撞，我们详细研究了由边缘捕获面演化形成的世界管。在这两部分研究的第一部分中，我们专注于动力学视界的几何性质，即由边缘外捕获表面的时间演化追踪出的世界管。我们表明，即使是简单的情况下，一个正面碰撞的非自旋黑洞包含了丰富的几何和拓扑性质，一般比以前在文献中考虑的更复杂。动力学的地平线被证明有混合签名，并不是未来边际被困无处不在。我们分析了沿连接两个最初不相交的地平线与最终的共同地平线的序列的边缘表面的面积增加。虽然该区域确实沿着该序列整体增加，但它不是单调的。我们发现短时间的异常面积变化，鉴于面积与熵的联系，可能会有有趣的物理后果。我们调查这种效果的可能原因，并表明，这是与现有的面积增加法的证据是一致的。
2020-06-06 gr-qc
Ultimate fate of apparent horizons during a binary black hole merger II: Horizons weaving back and forth in time
在这篇两部分论文的第二部分中，我们讨论了两个非旋转黑洞迎头合并的数值模拟。我们解决了原来的两个明显的地平线的命运，表明相交后，他们的世界管“转身”，并继续向后的时间。使用第一篇论文中提出的方法来定位这些表面，我们解决了几个这样的世界管通过各种分歧和零化的发展和连接。这也画出了一个一致的图片完全合并的视地平线，或更一般地说，边际外捕获表面（MOTS）。MOTS稳定性算子提供了一个自然的机制来识别MOTS，应该被认为是黑洞边界。这是两个最初的和最后的残余。所有其他MOTS都位于内部，既不稳定也不被内部捕获。
2021-04-22 gr-qc
Geometric horizons in binary black hole mergers
数值研究了两个非自旋黑洞合并过程中外尔张量的代数性质。我们特别感兴趣的猜想，对于这样一个真空时空，这是零阶代数一般，几何视界（GH），其上的时空是代数特殊的，并确定为消失的复标量不变量（${\mathcal{D}}$），表征一个光滑的叶理无关表面（视界）与BH。在第一个模拟中，我们研究了两个质量不等的黑洞迎头碰撞中$\text{Re}({\mathcal{D}})$（自$\text{Im}({\mathcal{D}})= 0$）的水平$0$集。在第二个模拟中，我们将通过两个非旋转的等质量黑洞的准圆形合并来研究$|{\mathcal{D}}|$的水平$\varepsilon$集。数值结果，如图所示，提供的证据表明，一个（独特的）光滑GH可以确定在整个阶段的二进制BH合并。
2021-08-09 gr-qc
Black hole head-on collisions and gravitational waves with fixed mesh-refinement and dynamic singularity excision
我们提出了长期稳定的和收敛的头对黑洞碰撞和提取的合并和随后的衰荡过程中产生的引力波的演变。在这项工作中的新成分是使用固定网格细化和动态奇异切除技术。我们能够进行头上的碰撞与大的初始分离，并证明我们的切除基础设施是能够容纳的个别黑洞的运动在整个计算域，以及他们的合并。我们提取引力波从这些模拟使用Zerilli-Moncrief形式主义和发现的衰荡辐射，如预期的那样，占主导地位的l=2，m=0的准正常模式。总辐射能量约为系统总ADM质量的0.1%。
2005-06-20 astro-ph gr-qc
What Happens to Apparent Horizons in a Binary Black Hole Merger?
我们解决了两个非旋转黑洞迎头合并过程中两个原始视视界的命运。我们表明，在外部共同的地平线和随后的相互渗透的原始视野的外观，他们继续存在一个有限的时间内，他们被个别湮灭不稳定的MOTS之前。内部共同视界以类似的方式消失，尽管是独立的。这就完成了对事件视界的“裤子”图与视视界的类比的理解。我们的研究结果是促进了一种新的方法定位边缘外捕获表面（MOTS）的基础上广义射击方法。我们还讨论了MOTS稳定性运营商在辨别众多的MOTS中应被视为黑洞边界所发挥的作用。
2021-11-16 gr-qc
Binary boson stars: Merger dynamics and formation of rotating remnant stars
该研究通过数值演化爱因斯坦-克莱因-戈登方程组，探究双玻色子星并合过程中标量相互作用的影响，建立剩余天体性质预测映射，首次证实非旋转双玻色子星并合可形成旋转玻色子星。
2023-06-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Hair is complicated: Gravitational waves from stable and unstable boson-star mergers
Kings College London（伦敦国王学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Stony Brook University（石溪大学）
研究通过模拟发现，玻色星并合产生的引力波能量显著高于黑洞碰撞，其特征由溶iton势和稳定性决定。
2025-11-20 gr-qc
Hybrid method for understanding black-hole mergers: Inspiralling case
我们适应的方法匹配后牛顿和黑洞微扰理论的类时表面（这被证明是有用的理解迎面黑洞二进制碰撞）处理等质量，吸气黑洞二进制。我们首先引入辐射反应势到这种方法中，我们表明，它导致一组自洽的方程，描述的波形和类时匹配表面的同时演变。这使我们能够产生一个完整的inspiral-merge-ringdown波形的l=2，m=2，-2模式的引力波形的等质量黑洞-二进制inspiral。这些模式与数值相对论模拟的模式在相位上匹配得很好，但在振幅上不太匹配。作为该方法的第二个应用，我们研究了自旋在轨道平面上反向排列的黑洞的合并（“超级反冲”配置）。在超级反冲的衰荡过程中，质量和电流四极辐射的相位被锁定在一起，因为它们以相同的准正规模式频率演化。我们认为，这种锁定在合并过程中开始，我们表明，如果黑洞的自旋通过我们的模型的扰动黑洞时空中的测地岁差演变，然后在合并过程中的轨道频率旋进。反过来，这会导致辐射的正确行为，并产生类似于数值模拟中观察到的反冲。
2012-02-21 gr-qc
Properties of Quasi-local mass in binary black hole mergers
Radboud University（拉德堡德大学）；Albert-Einstein-Institut, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik（阿尔伯特·爱因斯坦研究所，马克斯·普朗克引力物理研究所）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications（北京国际数学研究中心）；Yau Mathematical Sciences Center, Tsinghua University（清华大学丘成桐数学科学中心）
本文研究了双黑洞并合过程中Wang-Yau准局部质量的性质，通过高精度数值模拟分析其行为，并探讨了其与不可约质量的差异及定义中的数学问题。
2023-08-19 gr-qc
Horizons in a binary black hole merger II: Fluxes, multipole moments and stability
我们详细研究了二元黑洞合并过程中边缘捕获面的动力学和稳定性。这是两部分研究中的第二部分。第一部分研究了由边缘面描绘出的世界管的基本几何方面和面积增长规律的现状。在这里，我们继续研究合并过程中视界的动力学，同样是两个非旋转黑洞的迎头碰撞。特别是，我们遵循频谱的稳定运营商在合并过程中的所有视野中存在的问题，并实施系统的频谱统计分析。我们还研究了合并的更多物理方面，即穿过视界并导致区域变化的能量通量。我们在视界上构造一个自然的坐标系，并将磁通中出现的各种场，主要是出射零法线的切变，用自旋加权球谐函数分解。对于每一种模式，我们提取衰变率作为最终的黑洞接近平衡。衰减的后期部分与预期的准正常模式频率一致，而早期部分显示出更陡峭的衰减。同样地，我们计算视界多极矩的衰减，再次发现两个不同的制度。最后，寻求这种行为的解释，动机膜范式的解释，我们试图确定不同的动态时间尺度的面积增加。这导致了"慢度参数“的定义，用于预测从较快衰变到较慢衰变的转变的开始。
2020-06-06 gr-qc
Extreme mass ratio head-on collisions of black holes in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theory
SISSA, International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；INFN, Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；Universidad de Alcalá（阿尔卡拉大学）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；ISCTE – Instituto Universitário de Lisboa（里斯本大学学院）；Universidade de Lisboa - UL（里斯本大学）；Instituto de Telecomunicações–IUL（电信研究所）
研究极端质量比下非旋转毛发黑洞在爱因斯坦-标量-高斯-博内引力中的正面碰撞，发现合并持续时间受耦合常数影响，指数耦合导致非单调变化。
2026-03-09 gr-qc hep-th
Dynamical descalarization in binary black hole mergers
耦合到Gauss-Bonnet不变量的标量场可以经历快子不稳定性，导致黑洞的自发标量化。迄今为止，对这种效应的研究仅限于单个黑洞时空。本文首次用相对论数值模拟方法研究了黑洞双星的迎头碰撞和准圆吸气中的动力学标量化。我们发现，黑洞二进制文件可以形成一个标量残留或动态dumerarized脱落其最初的标量头发。这些研究结果的观察意义进行了讨论。
2021-07-15 gr-qc hep-th
Marginally Outer Trapped Tori in Black Hole Spacetimes
本文证明环面边缘外俘获面不仅出现在双黑洞并合早期，也会在 Schwarzschild 时空最大解析延拓中随 Kruskal 时间推进而形成，表明其产生源于初始条件而非并合物理，并进一步分析了 Kruskal-Szekeres 切片中球面拓扑 MOTSs 的性质。
2023-12-01 gr-qc
The merger of binary white dwarf-neutron stars: Simulations in full general relativity
利用广义相对论方法对白矮星-中子星双星系统的旋进和并合过程进行了数值模拟。最初的双星是在一个圆形轨道在罗氏临界分离。我们的目标是确定这些系统的最终命运。我们专注于二进制的总质量超过最大质量（Mmax）的冷，简并状态方程可以支持对引力坍缩。时间和长度尺度跨越许多数量级，使得完全广义相对论流体动力学（GRHD）模拟计算上是不允许的。出于这个原因，我们将WD建模为“伪白矮星“（pWD），如我们的二元WDNS正面碰撞研究[PRD 83：064002，2011]。我们的GRHD模拟的pWDNS系统与0.98太阳质量的WD和1.4太阳质量的NS显示，合并残留物是一个旋转的索恩Zytkow的对象（TZlO）包围的一个巨大的磁盘。最后的总静止质量超过了Mmax，但残骸不会立即坍缩。为了评估物体在冷却后是否会最终坍缩，我们引入了辐射热冷却。我们首先将我们的冷却算法应用于WDNS迎面碰撞中形成的TZlO，并表明这些物体在冷却时间尺度上坍缩并形成黑洞，正如预期的那样。然而，当我们冷却在圆形轨道WDNS双星合并中形成的旋转TZ 10时，残余物不会坍缩，这表明差分旋转支持足以防止坍缩。鉴于最终总质量超过Mmax，磁场和/或粘性可能会重新分配角动量，并最终导致延迟坍缩为BH。我们推断，现实的大质量WDNS双星的合并可能会导致形成旋转的TZ 10，经历延迟崩溃。
2012-01-13 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Merger of Dark Matter Axion Clumps and Resonant Photon Emission
一部分轻标量暗物质，特别是轴子，可能会组织成引力束缚的团块（恒星），并在今天的银河系中大量存在。因此，确定这种情况是否有新的观测特征是最有意义的。工作表明，对于中等大小的轴子-光子耦合，这种团簇可以经历参数共振成为光子，对于超过临界质量$M^{\star}_c$的团簇，我们中的一些人在参考文献[1]中精确地确定。为了在今天的银河系中获得一个超过临界质量的团块，需要合并。在这项工作中，我们进行全三维模拟的轴子团块对，并确定合并发生的条件下，通过标量波的发射，包括分析头和非头碰撞，相位依赖性，和相对速度。与文献中的其他工作一致，我们发现合并后的最终质量$M^{\star}_{\text{final}}\approx 0.7(M^{\star}_1+M^{\star}_2)$大于每个原始团块质量（对于$M^{\star}_1\sim M^{\star}_2$）。因此，亚临界质量的团块有可能合并并成为超临界的，因此经历参数共振成为光子。我们发现，合并预计将在今天的银河系运动学允许高Peccei-Quinn尺度，这是强烈建议统一的想法，虽然碰撞率很小。虽然合并可以发生在具有较低Peccei-Quinn标度的轴子上，这是由于相对速度的统计波动，因为它们具有较高的碰撞率。我们估计了今天银河系内的碰撞和合并率。我们发现，合并导致地球上的能量通量，可以是可观的，我们提到观测搜索策略。
2020-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Counterparts to Massive Black Hole Mergers
在未来的二十年里，预计将打开大门的电磁（EM）和引力波（GW）的签名与大质量黑洞（MBH）的双星走向合并的第一次重合检测。这些探测将通过将这一不断增长的领域扩展到低频GW区域来启动多信使天体物理学的新时代，并将提供对MBH和星系演化的前所未有的理解。它们还将构成宇宙学的全新探测器，并将使独特的引力测试成为可能。这篇生活评论的目的是通过总结在撰写本文时已知的与MBH合并的EM对应方有关的关键发现、物理过程和想法来介绍这一研究主题。我们审查目前的观测证据密切MBH二进制文件，讨论相关的物理过程和时间尺度，并总结可能的EM对应GW的前体，合并，余辉阶段的MBH合并。我们还描述了开放的问题，并讨论在这个充满活力和快节奏的研究领域的未来前景。
2022-05-13 astro-ph.HE gr-qc
An explicit harmonic code for black-hole evolution using excision
我们描述了一个明确的时间，有限差分代码设计来模拟黑洞使用切除方法。该代码是基于谐波制定的爱因斯坦方程，并结合了几个功能的适定性和数值稳定性的初边值问题的准线性波动方程。经过讨论的方程求解和所采用的技术，我们提出了一系列的测试平台进行验证的代码。这些测试的范围从孤立的黑洞的演化到两个黑洞的正面碰撞，再到一个双黑洞的螺旋和合并。除了评估代码的准确性外，螺旋和合并测试还揭示了各个表观地平线可以接触甚至相交。这种新的功能在动态的边缘捕获表面是意想不到的，但与定理的性质表观视野。
2007-03-22 gr-qc
Quasinormal modes and their overtones at the common horizon in a binary black hole merger
所有处于平衡态的天体物理学黑洞都可以用克尔解来描述。此外，任何远离平衡态的黑洞，例如最初在致密双星合并或大质量恒星坍缩中形成的黑洞，最终都会达到最终的克尔平衡态。在这个达到平衡的过程的足够晚的时候，我们期望黑洞被建模为围绕终态的扰动。然后，发射的引力波将是阻尼的正弦曲线，其频率和阻尼时间由最终克尔黑洞的准正规模谱给出。对这种情况的观测测试，通常被称为黑洞光谱学，是引力波天文学的主要目标之一。最近有人提出，包括更高的泛音的准正规模式描述可能甚至在残余黑洞首次形成之后仍然成立。在这些时候，预计黑洞是高度动态的，非线性效应可能是重要的。在本文中，我们调查这一显着的情况下的地平线动力学。工作的一个简单的配置，即两个非自旋黑洞与不相等的质量迎面碰撞的高精度模拟，我们研究的最终共同视界的动力学方面的剪切和多极矩。我们表明，它们确实是很好地描述了振铃模式的叠加，只要足够大的数量更高的泛音。这种描述甚至适用于形成后不久的高度动态的最终黑洞。我们讨论的影响和注意事项，这一结果的黑洞光谱学和我们的理解的方法来平衡。
2022-01-13 gr-qc
Retarded radiation from colliding black holes in the close limit
本文利用零超曲面技术，在近似下计算了双黑洞合并的延迟波形。从系统中去除入射辐射的过程导致黑洞迎头碰撞的紧密近似波形的两个显著特征：（i）初始拟正规环化和（ii）对控制碰撞速度的参数的弱敏感性。特征（ii）是出乎意料的，并且具有使得能够设计用于从噪声中提取引力波信号的有效模板的潜在重要性。
2001-08-29 gr-qc
A Toy Model for the Electromagnetic Output of Neutron-star Merger Prompt Collapse to a Black Hole: Magnetized Neutron-star Collisions
本文系统地研究了磁化中子星的迎头碰撞。我们研究了两颗中子星合并时产生的磁场几何。此外，我们还分析了这些碰撞产生的光度，并监测了从合并到随后产生黑洞的磁场演化。在黑洞形成的时候，随着电磁场的衰减，亮度达到峰值并逐渐衰减。比较了三种不同的情况下，一个在两个中子星的初始磁场是对齐的，一个在那里他们是反对齐的，也有一种情况下，他们最初有不相等的磁场强度。我们确定区域和设置限制，使对创建和磁重联将发生在这种情况下，并进一步讨论辐射能量的限制和差异。这项研究应该被看作是一个玩具模型的情况下，残余物，一个双中子星合并，经历了一个即时崩溃的黑洞与周围的磁盘可以忽略不计。我们注意到产生的电磁脉冲类似于快速射电暴现象。我们认为，高质量的合并，导致快速迅速崩溃的黑洞和预期的流量将被观察到的距离类似的二元中子星引力波检测GW 190425的影响。
2020-04-18 astro-ph.HE gr-qc
Nonlinear Stability of Kerr-Sen Black Holes in Merging Binaries
Brigham Young University（杨百翰大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Utah（犹他大学）；Cornell University（康奈尔大学）
通过数值相对论模拟，研究Kerr-Sen黑洞在合并后的稳定性，发现非平凡电荷和自旋导致标量场和轴子场持续存在，表明该黑洞在替代引力理论中是稳定的。
2026-06-24 gr-qc
Dynamical descalarization with a jump during black hole merger
标量-高斯-邦纳引力中的黑洞倾向于标量化，即当时空曲率足够强时，黑洞会自发地产生标量头发，而该理论的弱场区域与广义相对论一致。由于大的时空曲率与较小的黑洞质量相关联，因此黑洞的合并可以导致动力学双曲化。这是新形成的黑洞在质量超过标量化阈值时的标量毛发的自发释放。根据高斯-博内耦合函数的精确形式，稳定的标量化解可以连续地连接到史瓦西黑洞，或者两者之间的转换可以发生跳跃。通过模拟容易发生动力学跳跃的标量-高斯-邦尼特引力场中的黑洞对撞，我们证明了在不同质量的多个并合事件的累积引力波数据中可以清楚地观察到这种跳跃.引力波信号中的独特特征将与在中子星双星合并期间发生的一阶物质相变预期的效应共享相似性。
2022-04-11 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Rotating black holes in valid vector-tensor theories after GW170817
超越广义相对论的矢量张量理论在引力的紫外线完成的背景下得到了广泛的研究，赋予引力子质量并解释了暗能量现象。在中子星合并事件GW 170817之后，我们在矢量张量理论中构造了旋转黑洞解，该事件对引力波的传播速度提出了严格的限制，使其远离光速.通过对Einstein-Maxwell理论进行一般的保角变换，构造了这样的有效矢量张量理论，并通过对Kerr-Newman解进行同样的保角变换，构造了新的旋转黑洞解.这些理论不属于广义普罗卡理论，但属于扩展类的矢量张量理论，满足退化条件以消除不稳定模式，因此是健康的。我们发现，这样的共形Kerr-Newman解决方案保持的位置的奇异性，事件视界和ergoregion边界从Kerr-Newman，以及多极矩和彼得罗夫型。另一方面，Hamilton-Jacobi方程不再是可分的，这表明在这个解中不存在卡特常数。标准的Newman-Janis算法也不能构造新的解。我们还计算周转频率，最里面的稳定圆轨道的位置，和史瓦西岁差，并将后者应用到最近的重力测量放置从克尔纽曼的Sgr A $^*$的偏差的界限。
2020-09-03 gr-qc
Gravitational Wave Emission from Collisions of Compact Scalar Solitons
数值研究了等质量、自引力、实标量场孤子（孤子）迎头碰撞产生的引力波随其紧度$\mathcal{C}$的变化。结果表明，这种碰撞存在三种不同的可能结果：（1）低$\mathcal{C}$的激发态稳定双重子，（2）中等$\mathcal{C}$的黑洞合并形成，（3）大$\mathcal{C}$的双重子合并前坍缩成单个黑洞.对于（1），受激的非球面引力子继续发射引力波。对于（2），发射的引力波的总能量随紧度的增加而增加，并有一个极大值，大于一对质量相等的黑洞合并产生的能量。在这种情况下，合并后衰荡中准正常模式的初始振幅大于相应质量黑洞的初始振幅-这可能是区分黑洞合并与标量模拟的关键观测点。对于（3），引力波的输出与类似质量的黑洞-黑洞合并是不可区分的。
2019-03-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Resolving the fastest ejecta from binary Neutron Star mergers: implications for electromagnetic counterparts
我们研究了在基于网格的流体动力学模拟中，空间分辨率对中子星合并初始质量喷射的影响。具有大于$\sim 0.6$ c的速度的动态喷出物的子集可以在$\sim$ hr时间尺度上产生千诺瓦的紫外前体，并且有助于长达数年的非热余辉。先前的工作发现，当使用基于粒子或基于网格的流体动力学方法时，这种快速喷出物的数量不同，数量级为一到两个数量级。在这里，我们进行了一个数值实验，模型合并作为一个轴对称碰撞在一个共同旋转的框架，占牛顿自引力，惯性力，和引力波损失。较低的计算成本使我们能够达到高达$4$ m或恒星半径的$\sim 3\times 10^{-4}$的空间分辨率。我们发现，快速喷出物生产收敛到$10\%$内的细胞大小为$20$ m。这表明，在现有的网格合并模拟中发现的快速喷出物数量不太可能增加到所需的水平，以匹配基于粒子的结果后，进一步提高分辨率。由此产生的中子动力前体原则上可探测到距离$\lesssim 200$ Mpc与即将到来的设施。我们还发现，在自由落体的速度，偏心合并相关的迎面碰撞，产生快速和缓慢的喷出物数量的顺序$10^{-2}M_\odot$，与kilonova签名不同的准圆形合并。
2021-08-18 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Spectral suppression of black hole ringdown tails
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所，格兰萨索国家实验室）
本文通过分析振荡源的谱结构，揭示了Price定律预测的幂律尾在数值相对论波形中被抑制的机制，并推导了尾系数的解析表达式。
2026-06-01 gr-qc
Inside the Final Black Hole: Puncture and Trapped Surface Dynamics
在黑洞双星的数值模拟中，一种流行的方法是将黑洞模拟为时空结构中的穿孔。黑洞穿刺的位置和性质的跟踪与表观地平线，即最外边缘外捕获表面（MOTS）。当两个黑洞相互靠近时，一个共同的视视界突然出现，吞没了两个黑洞，发出了合并的信号。在动力学视界的框架下，详细研究了常见视视界的演化及其与引力波发射的关系。我们提出了一个MOTS的动力学和他们的穿刺在内部的最终黑洞的研究。研究的重点是各种初始分离和质量比的迎面合并。我们发现，MOTS相交的参数空间的大部分。我们表明，对于那些情况下，他们不，这是因为在研究中使用的移动穿刺规范条件的奇异性避免属性。虽然我们无法进行足够长的时间来显示穿孔的最终命运的演变，我们的研究结果表明，MOTS总是相交的，在晚些时候，它们的重叠只是部分的。因此，MOTS内的穿孔尽管彼此足够接近以有效地充当单个穿孔，但不会合并。
2020-04-24 gr-qc
The close-limit approximation to Neutron Star Collisions
我们发展了一个类似于用来处理合并的黑洞双星的两个中子星迎面碰撞的封闭极限近似。这种近似可以作为一个有用的基准测试，为未来的完全非线性研究。对于中子星双星，闭限近似法假设合并的天体在合并的衰荡阶段可以近似为一颗扰动的稳定的中子星。我们介绍了一个处方的建设初始数据集，讨论所涉及的各种假设的物理可验证性，并简要调查合并过程中产生的引力辐射的字符。数值结果表明，几个合并的对象流体脉动模式被激发到一个显着的水平。
1999-03-29 astro-ph gr-qc
Cusp Formation in Merging Black Hole Horizons
Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University（拉德堡德大学数学、天体物理与粒子物理研究所）
本文研究了双黑洞合并过程中凹口的形成，通过数值方法分析了两个非自转黑洞正面对撞时凹口的形成过程，并提出了关于质量及更高阶质量多极矩的行为现象模型。
2026-05-19 gr-qc
Eccentric binary black-hole mergers: The transition from inspiral to plunge in general relativity
通过计算非自旋等质量黑洞双星的引力波形，研究了广义相对论中从螺旋到坍缩的转变。我们考虑三个序列的模拟，从一个准圆形inspiral完成1.5，2.3和9.6轨道，分别在合并之前的孔。对于每一个序列，系统的结合能保持不变，轨道角动量逐渐减小，产生的轨道偏心率增加，最终发生迎头碰撞。详细分析了引力波中能量和角动量的辐射、不同多极分量的贡献以及残骸的最终自旋。我们发现当轨道角动量L= Lcrit约为0.8M^2时，系统的运动由内旋向倾伏转变.对于L<L_crit，辐射能量非常迅速地下降。L约为L_crit的轨道产生了最大的无量纲克尔参数j=J/M^2=0.724。将Buonanno，Kidder和Lehner最近提出的模型推广到偏心双星，我们推测：（1）j=0.724是任何非自旋黑洞合并所能得到的最大Kerr参数，（2）没有双星合并（即使双星成员是自旋与轨道角动量对齐的极端克尔黑洞，而且螺旋是高度偏心的）可以违反宇宙审查猜想。
2008-09-19 astro-ph gr-qc hep-th
Study of the Intermediate Mass Ratio Black Hole Binary Merger up to 1000:1 with Numerical Relativity
本文通过数值相对论模拟质量比高达1000:1的黑洞双星并合，验证了当前技术精确演化极端质量比系统的能力，并与半解析微扰结果在辐射能量、动量和波形频谱上高度一致，为未来LISA及第三代地面探测器应用数值波形奠定基础。
2023-03-24 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The Close-Limit Approximation for Black Hole Binaries with Post-Newtonian Initial Conditions
从二阶后牛顿（2 PN）初始条件出发，用闭限（CL）近似描述了两个轨道黑洞合并形成的黑洞的衰荡相.本文将点粒子双星的2 PN度规形式展开为CL形式，并将其与受扰Schwarzschild黑洞的2 PN度规等同起来。描述偶宇称（极性）和奇宇称（轴向）分量的线性扰动的多极系数始终满足2 PN-精确微扰场方程。我们使用这些系数来建立Regge-Wheeler和Zerilli波动方程的初始条件，然后对其进行数值演化。衰荡波形在两种情况下获得：零角动量的迎面碰撞，仅由偶数模式，和圆形轨道，其中偶数和奇数模式的贡献。在另一项工作中，这种形式主义被应用到研究的引力反冲过程中合并的二元黑洞的振铃阶段。
2010-01-28 gr-qc
An axion-like scalar field environment effect on binary black hole merger
环境，如吸积盘，可以改变天体物理黑洞双星的引力波信号。本文利用类轴子标量场模拟了中等质量双黑洞周围的物质场，并研究了它们的联合演化。详细地，我们考虑了球对称和非球对称情形下，被类轴子标量场壳包围的等质量双黑洞，以及不同强度的标量场。我们的结果表明，环境标量场可以从根本上改变动力学。首先，在球对称情形下，随着标量场强度的增加，二元黑洞的圆轨道数目减少。这意味着标量场可以显著加速合并过程。第二，一旦标量场强度超过某个临界值，标量场可能坍缩成质量大于双星的第三个黑洞。因此，从环境标量场坍缩的新黑洞可以迅速地吸积双星，并且双星彼此迎面碰撞。在这个过程中，几乎没有任何四极子信号产生，即引力波被大大抑制。当标量场强度小于临界值时，黑洞轨道会因标量场的吸积而产生偏心。第四，在激发的初始阶段，类轴子标量场的引力吸引力会引起双星轨道的突然转向，从而导致引力波形的瞬时摆动。最后，在非球形的情况下，标量场可以通过引力吸引双星向标量场的质心运动，减缓并合过程。
2017-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Perturbational Treatment of the Gravitational Potential Effect on Binary Black Hole Evolution
双黑洞（BBH）系统通常位于大质量黑洞（BH）形成的引力势阱中，而黑洞大多位于星系的中心。在现有的研究中，大多数BBH系统被视为孤立系，而忽略了背景的影响。这种近似的有效性是基于这样一种信念，即与BBH自身在演化过程中产生的强引力场相比，来自其他源的背景引力场非常弱，在引力波探测中可以忽略不计。然而，检查这种近似的有效性仍然很有趣。在这项工作中，而不是模拟的三个BH问题与完全相对论处理，我们使用微扰计划调查的影响，背景引力位的演变的BBH，特别是其引力辐射的波形。四种情况被认为是包括迎面碰撞和吸气合并过程的BBH是自由落体或围绕第三个大BH的圆形轨道。正面碰撞和圆形内旋是所有可能构型的两个极限。背景引力势的存在改变了黑洞引力波波前的到达时间，波长展宽，引力辐射能量增加。最有趣的是，背景引力势诱发了BBH的引力波的高阶模。这些有趣的现象可以用引力红移效应和BBH轨道偏心率相对于背景引力势的变化来解释。
2012-03-28 gr-qc
Gravitational Recoil from Binary Black Hole Mergers: the Close-Limit Approximation
双黑洞系统的合并是目前和未来探测器将研究的引力波的主要来源之一。除了这些波携带的能量和角动量外，对于不等质量的双星，还有一个线动量的净通量，这意味着最终产生的黑洞在相反方向上的反冲速度。我们提出了一个计算的反冲速度的基础上的封闭极限近似方案，它给出了优异的结果相比，完整的数值相对论计算的黑洞的正面碰撞和掠碰撞。当对称质量比eta = M_1 M_2/（M_1+M_2）^2 ~ 0.19，初始适当分离为4 M时，我们得到了最大反冲速度~ 64 km/s，其中M是系统的总ADM质量。该分离是期望闭合极限近似提供准确结果的最大值。如果我们用PN计算来补充这个估计，直到最里面的稳定圆轨道，我们得到反冲速度的下限，最大值约为84 km/s。这是一个下限，因为它忽略了最初的合并阶段。然而，我们可以通过使用PN方法或闭限近似来获得粗略的估计。由于这两种方法都被称为高估的辐射量，我们以这种方式获得的反冲的上限与最大值在220-265公里/秒的范围内。我们还提供了非线性拟合这些估计的上限和下限。这些估计受到与诸如初始数据的选择和扰动理论中的较高影响等问题有关的不确定性的影响。尽管如此，我们的估计是一致的文献中以前的结果，并建议一个较窄的范围内可能的反冲速度。
2007-03-19 astro-ph gr-qc
Full 3D Numerical Relativity Simulations of Neutron Star -- Boson Star Collisions with BAM
随着先进的LIGO和VIRGO干涉仪首次直接探测到来自致密双星合并的引力波（GW），GW天文学的时代已经开始。虽然有强有力的证据表明，观测到的GW与两个黑洞（BH）或两个中子星（NS）的合并有关，但未来的探测可能会呈现出不那么一致的画面。事实上，观测到的GW信号是由玻色子星（BS）或轴子星（AS）等奇异紧凑天体（ECO）合并产生的可能性尚未完全排除。为了详细了解合并的后期阶段，全三维数值相对论模拟是必不可少的。在本文中，我们扩展的基础设施的数值相对论代码BAM，允许重子物质与玻色子标量场的同时模拟，从而使研究的BS-BS，BS-NS，和BS-BH合并。我们提出了大量的单星演化来测试新实现的例程，并量化这种模拟的数值挑战，我们发现部分不同于默认的NS情况。我们还比较了头上的BS-BS模拟与独立的数值相对论代码，即SpEC和GRChombo代码，并找到良好的一般协议。最后，我们提出了什么是，据我们所知，第一个完整的NR模拟的BS-NS合并，第一步确定的BS-NS相互作用的特点在强引力制度，以及可能的GW和电磁观测。
2018-07-18 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Nonlinear ringdown at the black hole horizon
研究双黑洞正面碰撞后新黑洞视界的振铃，在不同质量比与助推参数模拟中识别出 l=2、4、6 剪切数据中的二次非线性模，并验证其振幅与线性模振幅呈二次关系。
2024-01-19 gr-qc
