Verifying the no-hair property of massive compact objects with intermediate-mass-ratio inspirals in advanced gravitational-wave detectors
探测到从中子星或恒星质量黑洞的螺旋进入中等质量黑洞（IMBH）的引力波，将为强场引力物理学提供一个全新的视角。来自这些中等质量比螺旋（IMRI）的引力波，质量比从~10：1到~100：1的系统，可以被高级LIGO/Virgo以每年几十次的速度检测到，并将编码中心体时空的签名。直接观测时空将使我们能够使用广义相对论的“无毛”定理来确定IMBH是否是克尔黑洞（或一些更奇特的物体，例如玻色子星）。使用修改后的后牛顿（PN）波形，我们探讨了在先进的探测器时代约束中心体的质量四极矩的前景。我们使用Fisher信息矩阵来估计中心体的参数可以被测量的精度。我们发现，对于有利的质量和自旋组合，非克尔中心体的四极矩可以测量到一个~15%的分数误差或更好的使用3.5 pN阶波形;另一方面，我们发现的准确度下降到~100%的分数误差使用2 pN波形，除了一个窄带的最佳拟合的非克尔四极矩的值。
2012-02-28 astro-ph.HE gr-qc
Comparing Accretion Disks and Dark Matter Spikes in Intermediate Mass Ratio Inspirals
本文首次在中等质量比旋近系统中同时建模吸积盘与暗物质尖峰，通过偏心率演化、制动指数和失相指数区分二者对引力波信号的影响。
2023-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Dark matter: an efficient catalyst for intermediate-mass-ratio-inspiral events
如果一个致密的恒星，如黑洞（BH）或中子星，螺旋进入一个$(10^3 \sim 10^5)\,M_\odot$的中等质量黑洞（IMBH），就可以产生引力波（GW）。这样的系统可能在球状星团（GC）或核星团（NSC）的中心产生，被称为中间或极端质量比螺旋（IMRI或EMRI）。最近的建议，暗物质minispikes可能会形成周围IMBH的动机，我们研究了对DM的合并率的IMRI/EMRI的动力学摩擦的效果。我们发现IMBH与BH和NS的合并时间尺度将缩短两到三个数量级。因此，IMRI/EMRI的事件率相对于没有DM小尖峰的情况下提高了几个数量级。在最极端的情况下，IMBH很小，并且DM迷你峰具有陡峭的密度分布，GC和NSC中的所有BH可能会耗尽，因此与NS的合并将主导当前的IMRI/EMRI。我们的研究结果表明，低于$10^4 \,M_\odot$的IMBH的质量函数将带有DM迷你峰分布的印记，因为这些低质量的IMBH可以通过与BH和NS合并而在DM迷你峰的存在下有效地生长。未来的天基GW探测器，如LISA，太极和天琴，可以测量IMRI/EMRI率，从而限制DM在IMBH周围的分布。
2019-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Detection of Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Globular Clusters: Revealing the Brownian Motion with Gravitational Waves
本研究针对球状星团中的中等质量比旋近系统，结合MOCCA模拟与布朗运动相位建模，分析了未来引力波天文台的探测能力，证实可通过引力波辨别布朗运动并研究源环境。
2025-05-21 astro-ph.HE gr-qc
Accurate modeling of intermediate-mass-ratio inspirals: Exploring the form of the self-force in the intermediate-mass-ratio regime
在本文中，我们开发了一个波形模型，准确地再现了中间质量比的inspirals的动力学演化，如[1]中介绍的有效单体（EOB）模型所预测的，这使我们能够揭示一些关于事件的质量比为1：6，1：10和1：100的自作用力的形式。为了补充这项研究，我们利用在极端的质量比制度的自我力的结果，并在[1]中介绍的EOB模型的预测，推导出一个处方的轨道频率的移动在最里面的稳定的圆形轨道，一贯捕捉极端，中间和可比的质量比制度的预测。
2012-07-12 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational waves from intermediate-mass-ratio inspirals for ground-based detectors
我们探讨了先进的LIGO探测引力波从中子星和恒星质量黑洞螺旋到中等质量（$M\sim 50 M_\odot$到$350 M_\odot$）黑洞的前景。我们估计这种\emph{intermediate-mass-ratio inspirals}（IMRI）的事件发生率高达$\sim 10$ - $30 \mathrm{yr}^{-1}$。我们的数值模拟表明，如果中心体不是一个黑洞，但它的度规是固定的，轴对称的，反射对称和渐近平坦的，那么波将可能是三周期的，作为一个黑洞。我们对Ryan（1995）的一个定理进行了推广，该定理认为波的三个基频及其频谱分量的复振幅的演化（原则上）编码了中心体度规的完整图、中心体与轨道之间能量和角动量交换的完整细节以及随时间演化的轨道要素。我们估计，先进的LIGO可以测量或约束中心体从克尔黑洞的偏差适度，但有趣的准确性。
2008-03-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Extreme- and Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Dynamical Chern-Simons Modified Gravity
Chern-Simons（CS）修正引力是一个四维有效理论，它起源于弦论和圈量子引力，通过加入标量场和宇称破坏的庞特里亚金密度的乘积来修正爱因斯坦-希尔伯特作用量。在这个理论中，自旋黑洞的引力场由修正的克尔几何描述，它的多极矩只在第四个多极子l = 4处偏离克尔矩。我们调查可能的签名，这一理论在引力波发射产生的恒星紧凑的对象到大质量的黑洞，无论是中间和极端的质量比的螺旋。我们使用半相对论近似，其中的轨迹是测地线的大规模黑洞的几何形状和重力波形从多极分解的辐射场。主要的CS修正波形产生的修改测地线的轨迹，由于大规模的黑洞的几何形状的变化，并表现为一个积累的退相相对于广义相对论的情况下。我们还讨论了该理论中引力波的传播和应力能量张量。我们发现，虽然这个张量具有相同的形式在广义相对论，能量和角动量平衡定律确实是通过CS标量场的应力-能量张量修改。这些平衡定律可以通过轨道参数的绝热变化来描述内旋，这反过来又会增强退相效应。用先进的地面探测器或激光干涉仪对中等或极端质量比的引力波进行观测，可以利用这种失相来测试动力学理论，达到前所未有的水平。
2009-04-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Constructing EOB dynamics with numerical energy flux for intermediate-mass-ratio inspirals
基于有效单体动力学和Teukolsky微扰理论，建立了一个计算中等质量比螺旋星系（IMRI）动力学演化和引力辐射的新方案.在EOB框架下，动力学对致密双星系统引力波形有着重要的影响。这种动力包括两个部分。一部分是有效的单体还原产生的保守部分。另一部分是引力反作用，它对致密双星系统内旋的收缩过程有贡献。以前的工作使用解析波形来构造这个反作用项。由于解析形式是基于后牛顿展开的，因此该项的一致性总是通过数值能流来检查。在这里，我们直接使用数值能流通过求解Teukolsky方程通过频域方法来构建这个反作用项。变形克尔度规和EOB哈密顿量中包含了对质量比首阶项的守恒修正。我们尝试用这种方法来模拟准圆绝热旋进和非绝热的倾伏相。对于几个不同的自旋黑洞，我们演示和比较所得到的动力学演化和引力波形。
2011-08-04 gr-qc
Studies of waveform requirements for intermediate mass-ratio coalescence searches with advanced detectors
恒星质量致密物体合并成中等质量黑洞（中等质量比合并; IMRAC）是地面引力波干涉仪在所谓高级配置中的一个重要天体物理来源。然而，对这些系统进行有效的基于匹配滤波器的搜索的能力受到缺乏可靠波形的限制。在这里，我们考虑的双星中，中等质量的黑洞的质量范围在24 - 200太阳质量与恒星质量的伴侣有质量范围在1.4 - 18.5太阳质量。此外，我们将双星的质量比q限制在1/140 < q < 1/10的范围内，并将我们的研究限制在具有非自旋组件的圆形双星的情况下。我们调查的相对贡献的信噪比（SNR）的三个不同阶段的合并：螺旋，合并和衰荡。我们发现，合并和振铃贡献了相当大一部分的总SNR的质量参数空间的大部分，虽然在有限的一部分的SNR是占主导地位的inspiral阶段。我们进一步确定了IMRAC质量空间中的三个区域，其中：（i）仅吸气搜索可以在检测率L损失在10% < L <27%的范围内的情况下执行，（ii）基于仅吸气模板的搜索导致检测率损失在27% < L <50%的范围内，以及（iii）包括合并和振铃的模板对于防止超过50%的检测率损失是必不可少的。我们调查的有效性，其中的IMRAC波形空间的吸气仅部分被覆盖，通过比较几个现有的波形家庭在这个制度。我们的研究结果加强了广泛的数值相对论模拟IMRAC的重要性，需要进一步研究合适的近似方案在这个质量范围内。
2014-01-07 astro-ph.HE gr-qc
Can we Detect Intermediate Mass Ratio Inspirals?
在中等质量黑洞（IMBH）进入超大质量黑洞的中等质量比吸入（IMRI）过程中发射的引力波可能是LISA的一个非常有趣的来源。类似地，恒星质量的紧凑物体进入IMBH的IMRI可以被先进的LIGO探测到。然而，目前还不清楚什么波形可以用于IMRI检测，因为后牛顿近似打破了IMRI接近最内部的稳定圆形轨道，微扰解只知道最低阶的质量比。我们讨论了近似波形和真实波形之间的预期失配，以及作为质量比和系统总质量的函数的最佳可用波形的选择。我们还评论的意义上的自旋较小的机构和需要将其列入波形。
2009-04-20 astro-ph gr-qc
Circularization vs. Eccentrification in Intermediate Mass Ratio Inspirals inside Dark Matter Spikes
中等质量黑洞（IMBH）和太阳质量类型物体的吸气将通过基于空间的引力波探测器（如激光干涉仪空间天线（LISA））进行观测。IMBH周围的暗物质密度过高--一种暗物质尖峰--会影响系统的轨道演化。我们认为在这里这样的中间质量比吸气偏心轨道，经历动态摩擦的暗物质穗。我们发现，通过包括相空间分布的暗物质，动力学摩擦往往圆形的轨道，在以前的调查相反。对于任意给定的耗散力，我们导出了圆化或偏心化的一般条件。除了退相，我们建议使用循环率作为另一个探测暗物质尖峰。观察这些效应将是暗物质粒子性质的一个指标。
2022-04-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Self-forced evolutions of an implicit rotating source: A natural framework to model comparable and intermediate mass-ratio systems from inspiral through ringdown
本文建立了一个描述具有可比和中间质量比的双星系统的螺旋、合并和衰荡的波形模型。该模型结合了对能量和角动量的一阶守恒自作用力修正，这在强场区是有效的[1]。我们的模型辐射的一部分，通过推导二阶辐射修正的能量通量的自作用力。这些修正是通过最小化我们的自作用力模型和有效单体模型[2，3]之间的相位差异来获得的。我们表明，我们的模型比后牛顿近似目前用来模拟中子星-黑洞合并从早期螺旋最里面的稳定圆形轨道的表现要好得多。为了将后期的螺旋演化与坍落状态相匹配，我们通过包括有限质量比校正和使用隐式旋转源[5]模拟轨道相位演化来扩展Ori和Thorne [4]开发的“过渡阶段”。我们明确地表明，隐式旋转源的方法提供了一个自然的过渡，从晚时间辐射的振铃，相当于振铃波形建模的基础上的总和准正规模式。
2014-07-10 gr-qc
Effects of the interaction of dark matter and neutron-star matter on extreme and intermediate mass-ratio inspirals
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究暗物质与中子星物质的相互作用对极端和中等质量比旋进引力波的影响，发现其存在独特特征，或可被天基探测器观测区分，为暗物质研究提供新途径。
2026-08-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Enhanced Extreme Mass Ratio Inspiral Rates into Intermediate Mass Black Holes
本文研究中等质量黑洞周围的 EMRI 形成，提出坠落事件可转变为“悬念式”EMRI 的新渠道，在低质量黑洞区间可能将体积事件率提升一个数量级。
2023-04-25 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The eccentricity enhancement effect of intermediate-mass-ratio-inspirals: dark matter and black hole mass
研究发现，中等质量比螺旋星系（IMRI）中的暗物质（DM）对恒星质量致密天体（如黑洞（BH））的轨道偏心率有显著的增强作用，这一点可以在未来的观测中通过LISA、太极和天琴等天基引力波探测器（\citep{2019PhRvD.100d3013Y}）进行检验。在本文中，我们将研究在不同的DM密度分布和中心BH质量的IMRI的偏心率的增强效果。我们的结果如下：$(1)$在一般DM尖峰分布情况下，偏心率的增强与幂律分布基本一致，表明采用幂律分布是合理的; $(2)$在DM尖峰存在的情况下，中心BH的不同质量会影响偏心率，这为我们探测BH的质量提供了一种新的途径; $(3)$考虑了DM峰出现和不出现时偏心率的变化，我们发现在$10^{5} GM/c^{2}$左右的尺度上测量偏心率可以区分DM模型。
2020-05-25 gr-qc
The significance of first post-adiabatic contributions for scalar charge measurements with intermediate and extreme mass ratio inspirals
University College Dublin（都柏林大学学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；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）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
研究中等和极端质量比旋进的标量电荷测量，提出基于自力的超越GR波形模型，结合1PA引力部分与标量场效应，用贝叶斯研究评估波形系统误差影响，发现忽略1PA引力效应有偏差，次星自旋与标量电荷无显著相关性，特定建模系统误差可忽略。
2026-07-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Intermediate-mass-ratio-inspirals in the Einstein Telescope: I. Signal-to-noise ratio calculations
爱因斯坦望远镜（Einstein Telescope，ET）是第三代地基干涉仪，其目标是灵敏度比先进LIGO高出十倍，频率范围延伸到约1Hz。ET将提供在强场中检验爱因斯坦相对论的机会，并将实现精确的引力波天文学，其预期事件数量将比先进的地面探测器增加一千倍。ET的设计研究目前正在进行中，因此现在是评估可以用这种仪器完成的科学的时候了。本文是第一个系列，将进行详细的研究中质量比吸入（IMRI）的ET。在ET的背景下，IMRI是中子星或恒星质量的黑洞进入中等质量黑洞（IMBH）的螺旋。在本文中，我们专注于圆形和赤道吸气IMRI波形模型的发展。我们考虑两个近似的波形，这两个都纳入了螺旋，合并和振铃阶段在一个一致的方式。一种近似，适用于任意自旋的IMBH，使用Ori和Thorne [1]的跃迁模型来描述合并，然后将其平滑地匹配到振铃波形上。第二种近似使用有效单体（EOB）方法来模拟波形的合并阶段，并且对非旋转IMBH有效。在本文中，我们使用这两种波形模型来计算信噪比（SNR）的IMRI源检测ET。在z=1的红移下，我们发现质量为1.4+100太阳质量、10+100太阳质量、1.4+500太阳质量和10+500太阳质量的IMRI系统的典型信噪比分别约为10-25、40-80、3-15和10-60。我们还发现，这两个模型对非旋转吸气的预测一致性约为10%。
2011-02-11 gr-qc
Sub-Solar Mass Intermediate Mass Ratio Inspirals: Waveform Systematics and Detection Prospects with Gravitational Waves
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究机构）；Nikhef（荷兰国家核与粒子物理研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文学与天体物理学中心）；Utrecht University（乌得勒支大学）
本研究针对质量比q~10²-10⁴的亚太阳质量中等质量比旋进（SSM-IMRIs），评估了IMRPhenomX唯象模型在高质量比区域的性能，发现高阶引力波模式对探测至关重要，当前模型存在显著系统误差，需基于微扰理论校准模型以实现可靠探测和推断。
2025-11-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Secondary accretion of dark matter in intermediate mass-ratio inspirals: Dark-matter dynamics and gravitational-wave phase
本文重新审视了中等质量比双星中次级黑洞吸积暗物质对引力波的影响，提出并实现了一种在吸积时移除暗物质粒子的反馈方法以确保质量守恒，发现该方法虽减小了引力波去相移，但仍可达数百至近千个周期，足以通过引力波测量推断吸积效应。
2024-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Importance of including small body spin effects in the modelling of extreme and intermediate mass-ratio inspirals
我们探索未来的低频引力波探测器的能力，以测量恒星质量和中等质量的黑洞，螺旋到超大质量克尔黑洞（SMBH）的自旋。我们开发了一个组装的波形模型的基础上的运动方程由Saijo等人。[物理评论D 58，064005，1998]自旋BH二进制，增加了自旋轨道和自旋自旋耦合从微扰和后牛顿（PN）计算，以及相关的保守的自作用力修正，通过比较PN的结果。我们使用精确的通量，其中包括微扰校正的自旋的inspiralling机构，自旋自旋耦合和高阶适合Teukolsky方程的解决方案的inspiral阶段。我们提出的蒙特卡罗模拟的参数估计误差和模型误差时，我们忽略了保守的波形模板的校正结果。对于信噪比为1000的5000+10^6太阳质量的源，LISA将能够确定两个质量，误差在~0.001的分数范围内，测量SMBH的自旋幅度q和螺旋BH的自旋幅度分别为0.0001，10%，并确定源在天空中的位置和SMBH自旋方向，误差在0.0001球面度以内。对于信噪比为30的10+10^6太阳质量系统，LISA将无法确定螺旋BH的自旋幅度，尽管其他波形参数的测量不会因自旋的存在而显着降低。忽略保守修正引起的模型误差对于质量比高于0.0001变得显著，但是包括高达2 PN阶的这些修正可能足以将这些系统误差减小到可接受的水平。
2011-09-21 gr-qc
Self-force gravitational waveforms for extreme and intermediate mass ratio inspirals. III: Spin-orbit coupling revisited
将一阶、二阶耗散自力和一阶保守自力与自旋轨道耦合作用一起应用于史瓦西黑洞时空中测试质量的准圆运动，得到了极端或中等质量比的结果.由于自作用力的引力波形的部分移相（在该顺序是独立的系统的质量比）进行了比较与自旋轨道耦合。我们发现，准确的波形参数估计需要包括这两个影响。具体地说，我们找到一个特定的值的自旋参数，使自旋轨道效应抵消了自作用力的影响的波形。因此，排除与质量比无关的失相效应可能导致系统参数估计中的非微扰误差。
2015-04-30 gr-qc
Constraint on Brans-Dicke theory from intermediate/extreme mass ratio inspirals
中间/极端质量比螺旋系统（I/EMRI）为强场引力性质的检验提供了一个很好的工具。基于密切轨道方法，计算了Einstein广义相对论和Brans-Dicke理论中I/EMRI在准椭圆轨道上的轨道演化. Brans-Dicke理论中的额外单极和偶极通道加速了轨道衰减，因此考虑单极和偶极发射对波形的影响是重要的。借助精确的轨道运动，我们生成的波形模板，其中包括单极和偶极的贡献，在偏心轨道上的Brans-Dicke理论的I/EMRI。利用LISA对I/EMRIs发射的引力波进行了两年的观测，得到了对Brans-Dicke耦合参数$ω_0>10^6$的最严格约束。
2022-12-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Intermediate Mass-Ratio Inspirals with Dark Matter Minispikes
分布在中等质量黑洞周围的暗物质形成了一个高密度区域，称为暗物质微峰。我们考虑了一个带有DM小尖峰的IMBH和一个围绕IMBH作偏心轨道旋转的小黑洞组成的双星系统。影响轨道演化的因素包括系统的引力、DM小尖峰引起的小黑洞的动力学摩擦和吸积以及引力波的辐射反应。利用密切轨道方法，我们发现当半直粒子p<<10^5 Rs（Rs为IMBH的Schwarzschild半径）时，主要的影响因素是DM微尖峰的动力学摩擦和吸积以及辐射反应.当p>>10^5 Rs时，来自DM小尖峰的引力主导轨道演化。DM小尖峰的存在导致了GW波形偏离开普勒轨道，产生额外的轨道进动，从而产生额外的相移。通过计算信噪比的GW和没有DM的小尖峰和它们之间的失配，我们表明，GW波形中的DM小尖峰的效果可以潜在地检测到未来的空间为基础的GW探测器，如LISA，太极，和天琴。
2022-08-21 gr-qc
Performing a theoretically robust Ryan test using intermediate-mass black holes
我们调查的可能性，使用二进制IMBH的inspirals执行瑞安测试的广义相对论在理论上强大的方式使用的数据从早期的可检测部分的inspiral。我们发现这是可行的，并计算出最有利系统的质量。
2006-04-27 gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: self-consistent evolution in a scalar-charge model
本研究针对中等质量比双黑洞模拟的尺度差异问题，在标量电荷模型中实现了世界管切除方法的自洽轨道辐射演化，验证了其与微扰结果的一致性并能解析后绝热效应。
2024-03-13 gr-qc
5PN eccentric waveforms for intermediate-mass-ratio-inspirals (IMRIs) from post-Newtonian and black hole perturbation theory
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Otemon Gakuin University（大东文化大学）；Kyoto University（京都大学）
本文提出一种结合后牛顿和黑洞扰动理论的混合模型，用于生成中等质量比螺旋的5PN偏心波形，强调高阶偏心率修正和质量比信息的重要性。
2026-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Self-force gravitational waveforms for extreme and intermediate mass ratio inspirals. II: Importance of the second-order dissipative effect
研究了沿准圆Schwarzschild轨道运动的极端或中等质量比系统的二阶耗散自力对引力波退相的重要性。对于一阶自作用力，我们使用洛伦兹规范中的完全相对论性力来描述永恒圆测地线。二阶自作用力由其3.5后牛顿对应物建模。我们使用密切轨道方法来演化系统，并获得引力波形，其相位包括所有项-在我们的近似范围内（并使用沿圆形测地线的自作用力）-与系统的质量比无关。由于二阶耗散自力引起的部分失相远小于一阶保守自力引起的部分失相，尽管它们在质量比上处于相同的数量级。
2013-06-19 gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: scalar-field toy model
本文针对中等质量比黑洞双星模拟中因尺度差异导致的计算成本问题，提出世界管切除方法，用含未知参数的解析模型替代小天体附近区域并通过匹配确定参数，并在标量场玩具模型中验证了不同匹配策略的可行性。
2021-09-08 astro-ph.HE gr-qc
Rates and Characteristics of Intermediate Mass Ratio Inspirals Detectable by Advanced LIGO
从中子星（NS）或恒星质量黑洞（BH）的螺旋进入质量在~50和~350太阳质量之间的中等质量黑洞（IMBH）的引力波（GW）可能被计划中的先进一代地面GW干涉仪探测到。这样的中等质量比的螺旋（IMRI）最有可能在球状星团中发现。我们分析了四种可能的IMRI形成机制：（1）通过三体相互作用使NS-IMBH或BH-IMBH双星硬化，（2）通过等级三元系中的Kozai共振硬化，（3）直接捕获，（4）从潮汐捕获的主序星中螺旋出致密物体;我们还讨论了当螺旋物体是NS时的潮汐效应。对于每种机制，我们预测的典型偏心率所产生的IMRI。我们发现，IMRI将在很大程度上圆形的时候，他们进入地面探测器的灵敏度带。通过三体相互作用使双星硬化，这可能是IMRI形成的主要机制，当GW频率达到10 Hz时，产生的偏心率低于10^-4。即使在通过直接捕获形成的IMRI中，其可以具有最高的偏心率，大约90%将在GW频率达到10 Hz之前循环到0.1以下的偏心率。我们估计IMRI合并率在球状星团和三个先进的LIGO探测器网络的灵敏度所产生的GWs。我们表明，这个检测器网络可能会看到高达几十个IMRI每年，虽然每年一到几个率可能更合理。我们还估计了使用圆形IMRI模板进行数据分析将导致的信噪比损失，并发现对于我们预期的偏心率，这种损失可以忽略不计。
2008-05-13 astro-ph gr-qc
Probing vector gravitational atoms with eccentric intermediate mass-ratio inspirals
本文用牛顿阶微扰模型研究矢量引力原子周围偏心中等质量比旋近的云团引力与电离效应，指出其可通过未来 LISA、Taiji 的低频引力波观测探测。
2025-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Intermediate and Extreme Mass-Ratio Inspirals -- Astrophysics, Science Applications and Detection using LISA
具有极端（$\gtrsim 10^4:1$）或中间（$\sim 10^2-10^4:1$）质量比的黑洞双星是最有趣的引力波源之一，有望被拟议的激光干涉仪空间天线探测到。这些来源有可能告诉我们很多关于天体物理学的信息，但对于在强场区域测试广义相对论的各个方面也具有独特的重要性。在这里，我们从天体物理学、数据分析和测试广义相对论的应用的角度来讨论这些来源，既提供了对当前知识状态的描述，又概述了一些仍然需要解决的突出问题。这篇评论来自于2006年9月由阿尔伯特·爱因斯坦研究所在德国戈尔姆举办的一次研讨会上的讨论。
2007-07-14 astro-ph gr-qc
Importance of including small body spin effects in the modelling of intermediate mass-ratio inspirals. II Accurate parameter extraction of strong sources using higher-order spin effects
本文从两个方面改进了文献[1]中提出的数值组合波形模型。我们推广了Saijo等人[2]利用微扰和后牛顿（PN）计算得到的自旋-轨道和自旋-自旋耦合导出的自旋黑洞双星的运动方程。我们还包括一阶保守的自旋轨道和自旋自旋耦合，这是通过比较PN结果得出的自作用力校正。我们产生的inspiral演变通量，其中包括最新的计算小的身体自旋校正，自旋-自旋和自旋-轨道耦合和高阶适合的Teukolsky方程的解决方案。利用[1]中的简化模型，我们发现当两个双星都快速旋转时，可以通过质量比eta ~ 0.001的中等质量比螺旋（IMRI）的引力波观测测量小天体自旋效应。在本文中，我们详细研究了如何使用各种质量和自旋组合的典型IMRIs源的小/大机构的自旋影响参数测量。我们发现，对于一万个太阳质量的中等旋转的中等质量黑洞（IMBH）和一百万个太阳质量的快速旋转的中心超大质量黑洞（SMBH）的IMRI事件，在固定的信噪比（SNR）为1000时，用LISA进行的引力波观测将能够确定IMBH的螺旋质量、中心SMBH的质量、SMBH的自旋星等，IMBH自旋幅度分别在~0.001、0.001、0.0001和9%的分数误差内。LISA还可以确定源在天空中的位置和SMBH的自旋方向，范围在~0.0001球面度内。我们表明，包括保守的校正高达2.5PN顺序，系统误差不再占主导地位的统计误差IMRI与典型的SNR ~10…
2012-03-19 gr-qc
Detecting Intermediate-Mass Ratio Inspirals From The Ground And Space
检测到大质量黑洞（MBH）对恒星质量致密物体的引力捕获将使我们能够测试强区域的引力。这些源通过交换能量和角动量的两体弛豫形成，并以缓慢、渐进的方式螺旋下降到最终的合并。在质量为$\sim 10^6\,M_{\odot}$的MBH的情况下，频率范围局限于毫赫兹的范围，即LISA等星载引力波观测站的频率范围。在这篇文章中，我表明，根据它们的轨道参数，质量在100到几千之间的MBH的中间质量比（IMRI）的频率使它们能够被（i）地面天文台检测到，或者（ii）LISA和地面天文台，如先进的LIGO/Virgo和第三代天文台，以ET为例。二进制文件具有足够大的信噪比，以确保检测。其轨道参数的更极端值对应于仅用地面探测器可探测的系统，并且进入LIGO/室女座波段，特别是在质量高达一些$2000,\,M_{\odot}$的许多不同谐波中。我表明，环境的影响是可以忽略不计的，所以源不应该有这种并发症。累积的相移可以用LISA和ET测量，在某些情况下也可以用LIGO测量，因此可以恢复有关偏心率和地层情况的信息。对于总质量为$\lessapprox 2000\,M_{\odot}$且初始偏心率高达$0.999$的IMRI，LISA可以提前足够的时间和秒级精度向地面探测器发出警告。单独从地面或与空间观测站结合探测IMRI的可能性为引力波天文学开辟了新的可能性。
2018-09-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Intermediate-mass-ratio-inspirals in the Einstein Telescope. II. Parameter estimation errors
我们探索的精度与爱因斯坦望远镜（ET）将能够测量的参数的中间质量比的inspirals（IMRI）。我们计算的参数估计误差，使用Fisher矩阵形式主义和目前的蒙特卡罗模拟的结果，这些错误的外部参数的源的选择。这些结果是使用本系列第一篇论文介绍的两种不同的重力波形模型得到的。这两种波形模型以一致的方式包括螺旋、合并和振铃阶段。其中一个模型基于Ori & Thorne [1]的转捩方案，适用于任意自旋的IMBH，而第二个模型基于有效单体（EOB）方法，已被开发用于交叉检查我们在非自旋极限下的结果。在本系列的第一篇论文中，我们证明了这两个模型在非旋转黑洞的相位和振幅上的一致性，并且它们对信噪比（SNR）的预测一致性在10%以内。我们现在使用这些模型来估计质量为1.4+100，10+100，1.4+500和10+500太阳质量（SM）的双星系统的参数估计误差，以及中央中等质量黑洞（IMBH）的自旋的各种选择。假设一个探测器网络的三个π，分析表明，对于一个10 SM的紧凑对象（CO）吸入到一个100 SM的IMBH自旋q=0.3，检测信噪比为30，我们应该能够确定CO和IMBH的质量，和IMBH自旋幅度的分数精度分别为0.001，0.0003，和0.001。我们还期望确定源在天空中的位置和光度距离分别在0.003球面度和10%以内。我们还评估了参数确定的精度如何取决于网络配置。
2011-02-11 astro-ph.CO gr-qc
Self-forced gravitational waveforms for Extreme and Intermediate mass ratio inspirals
我们提出了第一个轨道积分的自我力的引力波形的I（E）MRI源的影响。考虑史瓦西黑洞时空中粒子的准圆运动，研究了由于忽略自作用力的保守部分而引起的相应引力波形的退相依赖性.计算了波形的累积失相和重叠积分，讨论了自作用力保守段在检测和参数估计中的重要性。对于长的模板，包含保守的一块是至关重要的引力波天文学，但可能会被忽略的检测率的影响不大的短模板。然后讨论了质量比和运动起始点对失相的影响。
2012-09-09 astro-ph.CO gr-qc
GW190521 may be an intermediate mass ratio inspiral
GW190521是第一个对总质量为$M > 100\,\mathrm{M}_{\odot}$的双黑洞合并的可靠观测。由于缺乏这些质量的观测约束，我们分析GW190521考虑两个不同的先验的二进制的质量：均匀的质量比和源帧总质量，和均匀的源帧组件质量。对于均匀质量比先验，我们发现组分质量是$m_1^{\mathrm{src}} = 168_{-61}^{+15}\,\mathrm{M}_{\odot}$和$m_2^{\mathrm{src}} = 16_{-3}^{+33}\,\mathrm{M}_{\odot}$。成分质量先验的均匀性产生双峰后验分布。存在具有$m_1^{\mathrm{src}} = 100_{-18}^{+17}\,\mathrm{M}_{\odot}$和$m_2^{\mathrm{src}} = 57_{-16}^{+17}\,\mathrm{M}_{\odot}$的低质量比模式（$q<4$）和具有$m_1^{\mathrm{src}} = 166_{-35}^{+16}\,\mathrm{M}_{\odot}$和$m_2^{\mathrm{src}} = 16_{-3}^{+14}\,\mathrm{M}_{\odot}$的高质量比模式（$q\geq4$）。虽然这两种模式具有几乎相等的后验概率，但最大似然参数处于高质量比模式，具有$m_1^{\rm src}…
2020-11-24 astro-ph.HE gr-qc
Inspirals into a charged black hole
我们将一个致密物体的准圆内旋模型化为一个更大质量的带电黑洞。极端和中间质量比的吸气被认为是通过一个小的质量比近似。用Reissner-Nordstr $\ddot{\text{o}}$ m时空描述带电黑洞。辐射反应对较小物体的影响通过求解爱因斯坦和麦克斯韦方程组计算电磁和引力能通量来量化。通过使轨道能量衰减率与辐射能量耗散率相匹配来确定螺旋轨道。我们观察到，进入带电黑洞的螺旋比进入中性黑洞的螺旋演化得更快。通过对各种内旋结构的分析，我们得出结论：当电荷超过阈值$|Q|/M \gtrsim 0.071 \sqrtε$（其中$ε$为质量比）时，电荷是影响引力波观测的一个重要效应。
2018-05-31 gr-qc
Probing General Relativity With Mergers of Supermassive and Intermediate-Mass Black Holes
最近的观测和恒星动力学模拟表明，数千个太阳质量的黑洞可以在紧凑的大质量年轻星团中形成。任何这样的星系团在其宿主星系的凸出部分都会在数亿年内螺旋形地到达中心，在那里它们的中等质量黑洞很可能最终与星系的超大质量黑洞合并。如果这种合并是常见的，那么未来的空间引力波探测器，如激光干涉仪空间天线，将以如此高的信噪比探测它们，以至于在螺旋的末端，轨道将在简单的功率密度谱中可见，而不需要匹配滤波。本文讨论了星系核区星系团螺旋运动的天体物理学以及随后的中等质量黑洞与超大质量黑洞的合并。我们还研究了理解旋转黑洞的时空几何的前景，根据这些极端质量比的吸气结束附近可见的强信号的相位连接。
2004-09-21 astro-ph gr-qc
Towards a gravitational self force-informed effective-one-body waveform model for nonprecessing, eccentric, large-mass-ratio inspirals
建立在几个最近的进展，自旋对齐偏心二进制与个人群众$(m_1,m_2)$的有效单体模型的发展，我们介绍了一个新的EOB波形模型，旨在描述吸气二进制在大质量比制度，$m_1\gg m_2$。该模型利用了目前最先进的TEOBResumS-Dali偏心双星模型，但标准EOB电位$(A,\bar{D},Q)$，告知数值相对论（NR）模拟，被替换为相应的函数，是线性的对称质量比$ν\equiv m_1 m_2/(m_1+m_2)^2$在8.5 PN精度。为了改善它们的强场行为，这些函数：（i）使用Padé近似进行适当的因式分解和简化，（ii）另外有效地通知到由引力自作用力理论（GSF）获得的最先进的数值结果。为了简单起见，模型的自旋扇区被认为是TEOBResumS-Dali的自旋扇区，尽管去除了NR通知的自旋轨道有效修正。我们提出了目前的GSF知情EOB框架作为一个概念上完整的分析工具，以产生波形偏心极端（和中间）质量比为未来的引力波探测器。
2022-07-28 astro-ph.HE gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: scalar-field model in 3+1 dimensions
研究提出一种3+1维管道切除方法，通过解析模型替代小黑洞区域，缓解中等质量比双黑洞模拟的尺度差异问题，并在标量场玩具模型中验证了准确性与效率。
2024-02-16 gr-qc
Examining the effects of dark matter spikes on eccentric intermediate mass ratio inspirals using N-body simulations
本研究首次利用N体模拟自洽研究暗物质尖峰对偏心中等质量比旋近的影响，发现三体弹弓机制而非动力学摩擦主导能量耗散，并提出频移比相位偏移更具探测前景。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Spin distribution following minor mergers and the effect of spin on the detection range for low-mass-ratio inspirals
我们计算的概率分布的自旋的黑洞以下一系列轻微的合并各向同性分布，非自旋，吸气紧凑的对象。通过求解控制这一随机过程的福克-普朗克方程，我们获得了精确的解析拟合的平均值和标准偏差的自旋分布在几个参数制度的演变。当福克-普朗克分析不适用时，我们用数值蒙特卡罗模拟来补充这些解析拟合。我们发现，一个约150太阳质量的中等质量黑洞，通过与中子星的微小合并获得了一半的质量，将具有无量纲自旋参数chi=a/M~0.2 \pm 0.08。我们估计了中心黑洞的自旋对先进LIGO的中等质量比inspiral（IMRI）探测和LISA的极端质量比inspiral（EMRI）探测范围的影响。我们发现，对于现实的黑洞自旋，倾斜平均的先进LIGO IMRI检测范围可能会增加高达10%的范围相对于非旋转的中等质量黑洞的IMRI。对于LISA，我们发现EMRI对10^5太阳质量大质量黑洞（MBH）的探测范围不受MBH自旋的显著影响，EMRI对10^6太阳质量大质量黑洞的探测范围受到约10%的影响，EMRI对最大旋转10^7太阳质量大质量黑洞的探测距离比EMRI对非旋转黑洞的探测距离大约25倍。当从EMRI统计中提取MBH自旋分布时，有利于将EMRI检测到快速自旋MBH的所得偏差将发挥作用。
2007-07-05 astro-ph gr-qc
Inspiral-Transition-Plunge Gravitational Waveforms Beyond Kerr: A Kerr-Newman Case Study
Graduate School of Science, The University of Tokyo（东京大学理学研究科）；Research Center for the Early Universe (RESCEU), Graduate School of Science, The University of Tokyo（东京大学理学研究科早期宇宙研究中心）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；University of Iowa（爱荷华大学）
本文研究了Kerr-Newman背景下的二黑洞并合引力波形，通过显式建模后进动动态，显著收紧电荷-质量比约束，为未来非Kerr特征探测提供基础。
2025-12-16 astro-ph.HE gr-qc
Modeling Extreme Mass Ratio Inspirals within the Effective-One-Body Approach
我们提出了第一个模型的极端质量比的有效单体（EOB）的形式主义，专注于非旋转黑洞的准圆形轨道内的吸气。我们发现，经过2年的演化，解析EOB和基于Teukolsky的数值重力波形之间的相位差和（牛顿归一化）振幅差可以分别减小到小于10^（-1）rad和小于2 x 10^（-3）。在EOB方法中包含后牛顿自作用力项导致经过2年的演化后相位不一致约为6-27 rad。这样的包含物还可以允许来自中间质量比、准圆形吸气的波形的EOB建模。
2010-02-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detecting the early inspiral of a gravitational-wave signal with convolutional neural networks
介绍了一种新的引力波预警系统的运行方法。它基于短卷积神经网络。我们专注于紧凑的二元合并，轻，中，重的二元中子星系统。这些信号是一维时间序列$-$，即注入高斯噪声中的白化时间应变$-$，该高斯噪声是从LIGO探测器的功率谱密度以设计灵敏度构建的。我们构建了短的一维卷积神经网络，通过在早期螺旋的一部分上训练它们来检测这些类型的事件。我们表明，这样的网络能够从波形的一小部分中检索这些信号。
2021-05-28 gr-qc
Adiabatically compressed wave dark matter halo and intermediate-mass ratio inspirals
本文研究波暗物质晕在中心黑洞绝热增长下的压缩效应，发现压缩后密度显著增强并影响中等质量比旋近的引力波相位，为未来引力波探测重建波暗物质晕提供依据。
2023-01-31 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
Data Analysis Challenges for the Einstein Telescope
爱因斯坦望远镜是拟议中的第三代引力波探测器，将在1 Hz至几kHz的范围内工作。除了由中子星或黑洞组成的致密双星外，探测器的低频截止将为许多新的来源打开窗口。这些将包括吸气的结束阶段，加上合并和中等质量黑洞的衰荡，其中组成物体的质量约为几百个太阳质量。也有可能观测到中等质量比的吸入，即恒星质量致密的物体吸入质量大几百到几千倍的黑洞。在这篇文章中，我们调查的一些数据分析的挑战，爱因斯坦望远镜，如增加源数量的影响，需要更准确的波形模型和一些计算问题，数据分析策略可能面临的。
2009-10-02 gr-qc
Phenomenology of amplitude-corrected post-Newtonian gravitational waveforms for compact binary inspiral. I. Signal-to-noise ratios
我们研究的振幅校正后牛顿（PN）引力波形的现象学后果，而不是更常用的限制PN波形，为准圆形，绝热inspiral紧凑的二元对象。在初始检测器的情况下，已经表明，使用幅度校正的波形用于检测模板将导致比完全基于受限波形的模拟所建议的显著更低的信噪比（SNR）。我们进一步阐明的效果的起源进行了深入的分析处理。讨论扩展到先进的探测器，新的功能出现。非限制波形是轨道相位中的谐波的线性组合，并且在频域中，$k$次谐波在$k f_{LSO}$处截止，其中$f_{LSO}$是最后稳定轨道处的轨道频率。因此，使用非限制性模板，在主谐波（其是两倍于轨道相位的谐波）不进入检测器的带宽的情况下，可以实现相当大的信噪比。这将对探测涉及中等质量黑洞的双星螺旋产生重要影响。对于距离为100 Mpc的源，考虑到高次谐波将使Advanced LIGO的质量范围增加一倍，而EGO的质量范围将增加两倍。保守估计表明，受限波形低估了中等质量二元吸气的检测率至少20倍。
2006-11-05 gr-qc
Multiband Gravitational-Wave Astronomy: Observing binary inspirals with a decihertz detector, B-DECIGO
一个不断发展的日本分赫兹波段引力波（GW）任务：B-DECIGO（DECihertz激光干涉仪引力波天文台）将使我们能够探测到类似GW 150914的二元黑洞，类似GW 170817的二元中子星，以及宇宙学距离的中等质量二元黑洞。B-DECIGO频段介于aLIGO-Virgo-KAGRA-IndIGO（百赫兹）和LISA（毫赫兹）频段之间，以获得更宽的带宽;所描述的源在多频段上发射GW数周至数年，以积累高信噪比。这表明，联合检测将大大提高二进制的参数估计的可能性。我们研究B-DECIGO的测量二进制参数的能力，并评估在何种程度上多波段分析可以提高这种测量。使用非旋进后牛顿波形与费舍尔矩阵的方法，我们发现像GW 150914和GW 170817的系统，B-DECIGO可以测量的质量比在$< 0.1\%$内，单个黑洞自旋在$< 10\%$内，并在$< 5\,$ s内的合并时间约一个星期之前提醒aLIGO和电磁设施。来自aLIGO的B-DECIGO的先验信息可以进一步降低测量的不确定性，例如，一定的中子星潮汐引起的变形因子的$\sim 6$，并可能决定自旋引起的中子星四极矩。LISA和B-DECIGO的联合测量也将能够以100万的精度恢复中等质量双黑洞的质量和自旋。然而，由于精确GW信号的后牛顿近似，在这些结果中将存在大的系统偏差。
2018-08-08 astro-ph.HE gr-qc
Measuring intermediate mass black hole binaries with advanced gravitational wave detectors
我们进行了一个系统的研究，以探索的准确性，可以测量的中间质量黑洞双星系统的参数，从他们的引力波（GW）签名使用第二代GW探测器。我们利用最新的降阶模型，其中包含螺旋，合并和振铃信号的对齐自旋有效单体波形（SEOBNR）显着加快计算。我们探讨的测量精度的二进制与总质量之间的50和500 $M_\odot$和质量比之间的现象0.1和1。我们发现：（1）当总质量低于~200 $M_\odot$时，信号的螺旋部分决定了信噪比，啁啾质量参数可以被精确测量;（2）当总质量较高时，信号的信息含量由衰荡决定，总质量的测量更精确;（iii）低质量伴星的质量估计得很差，特别是在高总质量和更极端的质量比时;（iv）对于我们的非自旋部件的注入装置，自旋不能精确测量。最重要的是，我们发现，在考虑的范围内的所有值的质量比和网络的信噪比为15的非自旋组件的二进制文件，自旋对齐模板分析，存在一个中等质量的黑洞质量>100 $M_\odot$可以确认与95%的置信度在任何二进制文件，包括一个组件的质量为130 $M_\odot$或更大。
2015-12-16 astro-ph.HE gr-qc
Elusive Plunges and Heavy Intermediate-mass-ratio Inspirals from Single and Binary Supermassive Black Holes
Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
研究单倍和双星超大质量黑洞中IMBH的演化，探讨引力波驱动的中间质量比inspirals和直接坠落对超大质量黑洞生长的影响，指出这些事件可能难以被未来引力波干涉仪和脉冲星定时阵列检测到。
2026-03-13 astro-ph.GA gr-qc
Testing dispersion of gravitational waves from eccentric extreme-mass-ratio inspirals
在广义相对论中，引力波不存在色散，而一些修正的引力理论预测了引力波传播中的色散现象。在本文中，我们证明了这种分散将导致一个可观察到的波形偏差，如果轨道有大的偏心率。其机理是由于偏心率的存在，不同频率的波形模式会同时发射。在传输过程中，由于色散的存在，不同模式的到达时间会不同，从而产生波形相对于广义相对论的偏差和失相。星载探测器可以观测到这种与极端质量比吸气有关的色散现象，从而改善对引力子质量的约束。此外，我们发现，分散效应也可能受到地面探测器比目前的结果更好地约束，如果一个高度偏心的中间质量比吸气被观察到。
2020-01-16 gr-qc
Quantifying the Scientific Potential of Intermediate and Extreme Mass Ratio Inspirals with the Laser Interferometer Space Antenna
European Space Agency (ESA), European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲航天局（ESA），欧洲空间研究与技术中心（ESTEC））；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；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））；School of Mathematics and Statistics, University College Dublin（都柏林大学学院数学与统计学院）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）；School of Physics and Astronomy, University of Glasgow（格拉斯哥大学物理与天文学院）；Institute for Gravitational Wave Astronomy & School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学引力波天文研究所及物理与天文学院）
本文通过全相对论方法研究LISA对极端和中间质量比环形干扰的探测能力，揭示不同质量比系统的灵敏度和科学产出，提出软件工具提升研究效率。
2026-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Comparing second-order gravitational self-force, numerical relativity and effective one body waveforms from inspiralling, quasi-circular and nonspinning black hole binaries
我们提出了第一个系统的比较引力波形发出的吸气，准圆形和nonspinning黑洞二进制计算与三种不同的方法：二阶引力自作用力（2GSF）理论，如实施的1 PAT 1模型;数值相对论（NR），如实施的SXS合作;和有效的一个机构（EOB）形式主义，如实施的TEOBResumS波形模型。为了比较模型，我们使用标准的时域波形对齐和基于无量纲函数$Q_ω(ω)\equiv ω^2/\dotω$的规范不变分析，其中$Q_ω(ω)\equiv ω^2/\dotω$是引力波频率。我们分析了1 PAT 1模型的有效性域，推导出误差估计，并表明该模型忽略的最终过渡到暴跌的影响，在一个显着更大的频率间隔比人们可能预期的。限制到螺旋区，我们发现，虽然对于质量比$q = m_1/m_2\le 10$ TEOBResumS与NR在很大程度上是不可区分的，但是1 PAT 1具有显著的退相$\gtrsim 1$ rad;相反地，对于$q\gtrsim 100$，1 PAT 1被估计为在大的频率间隔上具有相位误差$<0.1$ rad，而TEOBResumS与它产生相位差$\gtrsim1$ rad。最关键的是，在相同大的频率间隔上，我们发现在中间状态$15\lesssim q\lesssim 64$中TEOBResumS和1 PAT 1之间具有良好的一致性，其中$<0.5$ rad在它们之间失相。对TEOBRes…
2022-11-02 gr-qc
