Testing general relativity by means of ringlasers
本文讨论了用于测量地球自转的广义相对论效应的一个或多个环形激光器的最佳配置,如在行星表面上所表现的那样。分析的重点是设备的法线矢量位于子午面。证明了角度评价的关键作用。特别注意的是在最大信号的方向,最大限度地减少对方向的不确定性的灵敏度。使用环在不同的纬度提到和地球的非sfericity的问题进行了评论。
2016-12-29 gr-qc
Uniformly Rotating Rings in General Relativity
本文讨论了广义相对论性的、自引力的、匀速旋转的、具有环形拓扑结构的理想流体(无中心物体)。对于描述流体物质的状态方程,我们考虑多方以及完全简并的完美费米气体模型。我们发现,相应的配置具有类似的性质,均匀相对论戴森环。一方面,对于物体内部给定的最大质量密度,质量没有限制。另一方面,每个模型允许准稳态过渡到极端克尔黑洞。
2005-09-02 gr-qc
Light Rings, Accretion Disks and Shadows of Hayward Boson Stars
Shandong University of Science and Technology(山东科技大学);Lanzhou University(兰州大学)
通过数值方法构建无自相互作用的复标量场与爱因斯坦-Hayward引力耦合的Hayward玻色星解,研究其基本性质及吸积盘光学外观,发现冻结态时准视界半径和光环半径随磁单极电荷增大,非冻结态时准视界缺失导致吸积盘阴影区内出现多重光子环,而冻结态图像类似Schwarzschild黑洞。
2026-05-16 gr-qc
Disentangling photon rings beyond General Relativity with future radio-telescope arrays
针对当前Event Horizon Telescope阵列无法检测新物理场景下第二个光子环的问题,研究了双薄环合成图像的参数拟合,提出通过升级高灵敏度地基望远镜、增设空间基站、采用超分辨率技术三种改进路径。
2024-04-11 astro-ph.HE gr-qc
Ringing out General Relativity: Quasi-normal mode frequencies for black holes of any spin in modified gravity
本研究提出一种基于微扰谱展开的通用方法,可计算修正引力理论中任意亚极端自旋黑洞的准正模频率与阻尼时间,经标量-高斯-贝内特引力验证准确,助力引力波铃振检验研究。
2024-11-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Circular orbits and particle collisions in the space-time of boson stars and their frozen states
University College London(伦敦大学学院);Université de Mons(蒙斯大学)
本文研究球对称带电玻色子星及其冻结态时空中的粒子动力学,计算ISCO并分析碰撞能量,发现光子环和光点,并与Reissner-Nordstroem时空结果对比。
2026-09-28 gr-qc hep-th
Gravitational ringing of rotating black holes in higher-derivative gravity
我们研究引力扰动的缓慢旋转的黑洞在广义有效场论扩展的广义相对论,其中包括多达八个衍生条款。我们表明,两个薛定谔方程与自旋相关的有效势支配的奇,偶宇称主变量。这些方程被耦合用于宇称违反修正,由于它们在广义相对论中的等谱性,这种耦合甚至在高阶导数修正中的线性阶影响准正规模。我们提供的基本quasinormal模式的频率在线性顺序的自旋,我们希望通过未来的引力波观测高精度的现象学的变化的结果。
2021-11-04 gr-qc hep-th
High-overtone fits to numerical relativity ringdowns: beyond the dismissed n=8 special tone
在广义相对论中,由不带电黑洞合并产生的残余物体是克尔黑洞。接近这一最终状态是通过发射一列被称为黑洞衰荡的晚期训练辐射来实现的。衰荡的形态是由一个可数的无限组阻尼正弦曲线,其复杂的频率完全由最终黑洞的质量和自旋。最近的研究结果主张,振铃波形从数值相对论可以完全描述从峰值的应变向前,如果准正常模式模型与$N_{max}=7$泛音使用。在这项工作中,我们将这种分析扩展到模型与$N_{max}\geq 7$到$N_{max}=16$泛音探索参数偏差的最终质量和最终自旋拟合nonprecessing二元黑洞模拟从SXS目录。为此,我们计算了克尔时空特殊的$(l=m=2, n=8,9)$泛频的自旋权重$-2$准简正模频率和角分离常数。我们发现,总的$N_{max}\sim 6$泛音平均足以模拟振铃开始在峰值的应变,虽然约$21\%$的情况下,研究至少需要$N_{max}\sim 12$泛音,以达到相当的精度上的最终状态参数。考虑来自较早或较晚时间点的波形,我们发现在每种情况下都可以达到非常相似的最大精度,发生在不同数量的泛音$N_{max}$处。我们提供了新的误差估计的SXS波形的基础上的外推和分辨率的引力波应变的不确定性。最后,我们观察到大量的不稳定性的最佳拟合振幅的音调超出基本模式和第一泛音的值,然而,不影响显着的质量和自旋的估计。
2022-01-07 gr-qc
Frozen Bardeen-Dirac stars and light ball
本研究探究巴丁作用量与狄拉克场耦合的静态球对称系统,发现引入狄拉克场后磁荷受限无黑洞解,特定磁荷区间存在内部非奇异的冻结巴丁-狄拉克星,其临界视界内光子速度近零形成光球。
2023-12-12 gr-qc hep-th
Universal Polarimetric Signatures of the Black Hole Photon Ring
黑洞图像呈现出一个亮度增强的环形区域。在没有传播效应的情况下,这个“光子环”具有完全受广义相对论支配的普适特征,与发射的细节无关。在这里,我们表明,极化图像的黑洞也显示出普遍的属性。特别是,光子环表现出自相似的偏振模式,编码了黑洞的自旋。我们探索了长干涉基线上光子环的相应普适偏振特征,并提出了一种利用稀疏干涉阵列测量黑洞自旋的方法。这些特征可以使M87中的超大质量黑洞的自旋测量成为可能,以及通过未来将事件视界望远镜扩展到太空,在强场区域中对广义相对论进行精确测试。
2020-01-23 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Measuring the shape of a black hole photon ring
广义相对论预言,黑洞附近的引力透镜将在图像上产生狭窄的“光子环”。基于Johnson,Lupsasca等人最近的工作,专注于圆环,我计算了任意形状和强度的窄特征的长基线干涉签名。对于每个基线角,形状信息包含在作为基线长度的函数的复可见度的振荡频率中。这些结果提高了测量光子环详细形状并与广义相对论的精确预测进行比较的可能性。
2020-07-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Why pseudo-complex General Relativity? and Applications
本文对伪复广义相对论作了简要的讨论。结果表明,该理论是GR的一个可行的扩展,偏差集中在事件视界附近。该理论引入了一个暗能量积累,由于耦合到中心质量。这一理论的预测恢复,例如在一个吸积盘的结构,与黑暗的环后面的明亮的环进一步。目前的事件视界望远镜对M87的观测由于分辨率较低而无法区分GR和pcGR。进一步的预言也作了讨论,如中子星的物理,恒星表面的红移和准周期天体。
2022-02-16 gr-qc
Black Hole Images as Tests of General Relativity: Effects of Plasma Physics
事件视界望远镜获得的黑洞视界尺度图像为黑洞的度量和广义相对论的检验提供了新的探索。图像的特点是一个明亮的,近圆形的环,从引力透镜发射的热等离子体和深中央凹陷铸造的黑洞。度量测试依赖于这样一个事实,即明亮的环紧密地跟踪黑洞阴影的边界,并具有已使用模拟量化的小位移。在本文中,我们开发了一个自洽的协变分析模型的吸积流,跨越了广泛的等离子体条件和黑洞的属性,探索这一结果的普遍有效性。我们表明,对于任何物理模型的吸积流,环总是包含的轮廓的阴影,并没有取代它的一半以上的环宽度。这个结果是守恒定律和基本热力学考虑的结果,并不依赖于等离子体的微观物理或数值模拟的细节。我们还提出了一个定量测量之间的偏差亮环和阴影半径的分析模型的基础上。
2022-12-09 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Measuring Spin from Relative Photon Ring Sizes
事件视界望远镜在M87* 的视界分辨图像中直接探测到一个明亮的环状结构,这是对广义相对论的一个惊人的验证。环的角大小和形状是发射区位置、质量和黑洞自旋的简并度量。然而,我们发现,多个环的观察,对应于低阶光子环,可以打破这种简并性,并产生质量和自旋测量的环的形状无关。我们描述了两个可能的实验,将测量自旋。第一,在不同的发射位置,在多个历元进行了直接发射和$n=1$光子环的观测。这种方法在概念上类似于由可变结构(或热点)引起的时空约束,因为它打破了使用时间可变性的极观测者的发射位置,质量和自旋之间的近乎完美的简并性。在第二,直接发射,$n=1$和$n=2$光子环的观测在一个单一的时代。对于这两种方案,额外的观测包括对广义相对论的检验。因此,比较事件视界望远镜在2017年和2018年的观测结果,可能能够产生第一个仅从强透镜推断的M87* 的视界尺度自旋估计。未来的高频、地球大小和天基无线电干涉仪的额外观测活动可以对广义相对论进行高精度测试。
2021-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Hayward spacetime with axion scalar field
本研究探讨了Einstein引力下带磁荷的Hayward轴子星系统,发现当磁荷超过临界值时会出现频率趋零的临界视界极端解,即Hayward轴子冻结星,其质量仅由磁荷决定且具有两个光环。
2024-07-24 gr-qc hep-th
Inspiral-merger-ringdown waveforms for black-hole binaries with non-precessing spins
基于完整的广义相对论对后旋、合并和衰荡的描述,首次给出了自旋非旋进的双黑洞的解析的旋进合并衰荡引力波形.通过匹配后牛顿描述的inspiral的一组数值相对论模拟,我们得到了一个波形的家庭,一个方便的少量的物理参数。这些波形将使我们能够检测到一个更大的参数空间的BBH聚结,包括相当一部分的进动二进制的可比质量制度,从而显着提高预期的检测率。
2011-06-08 astro-ph.CO gr-qc
A Beginner's Guide to Black Hole Imaging and Associated Tests of General Relativity
本文针对黑洞成像领域文献庞杂的现状,为新研究者提供入门指引,重点讲解黑洞光子环的基础概念,同时梳理部分前沿研究成果。
2024-02-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Accelerating black hole in 2+1 dimensions and 3+1 black (st)ring
在2+1维空间中给出了具有宇宙学常数的广义相对论的C-度规解。它被解释为一个由支柱加速的三维黑洞。宇宙学常数的正值也是允许的。我们考虑了这个度规在3+1时空中的一些嵌入:加速的BTZ黑弦和一个黑环,其中引力由加速度维持。
2011-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Parametrized spin-precessing inspiral-merger-ringdown waveform model for tests of general relativity
本文提出参数化自旋进动波形模型pSEOBNRv5PHM,用于在强场动力学区域检验广义相对论,通过贝叶斯估计验证并分析真实事件,限制准正则模偏离参数。
2025-06-18 gr-qc
Universal Interferometric Signatures of a Black Hole's Photon Ring
事件视界望远镜拍摄的M87星系中的超大质量黑洞的图像被一个明亮的、未被分辨的环所主导。广义相对论预测,在这幅图像中隐藏着一个薄的“光子环”,它由无限序列的自相似子环组成,这些子环由围绕黑洞的光子轨道数量索引。子环接近黑洞“阴影”的边缘,随着轨道数的增加,子环呈指数级变窄但变弱,高阶子环的贡献似乎可以忽略不计。在这里,我们表明,这些子环产生强大的和普遍的签名长干涉基线。这些特征提供了精确测量黑洞质量和自旋的可能性,以及广义相对论的测试,只使用稀疏的干涉阵列。
2020-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Spin as a probe of axion physics in general relativity
本文将自旋动力学从平直时空推广到弯曲时空,提出进动自旋可作为探测类轴子暗物质的“轴子天线”,为高能自旋实验检验基本对称性提供理论工具。
2023-07-05 gr-qc hep-th
Black hole photon ring beyond General Relativity: an integrable parametrization
Arnold Sommerfeld Center for Theoretical Physics(阿诺德·索末菲理论物理中心);Munich Center for Quantum Sciences and Technology(慕尼黑量子科学与技术中心);Université de Lyon, ENS de Lyon, Laboratoire de Physique, CNRS UMR 5672(里昂大学,巴黎高等师范学院里昂分校,物理实验室,法国国家科学研究中心);LUX, CNRS UMR 8262, Observatoire de Paris - PSL, Sorbonne Université Paris(卢克瑟姆天文台,法国国家科学研究中心,巴黎天文台-巴黎文理研究大学,索邦巴黎大学);Laboratoire de Mathématiques de Bretagne Atlantique, CNRS UMR 6205, Université de Bretagne Occidental(布列塔尼大西洋数学实验室,法国国家科学研究中心,布列塔尼西部大学)
本文研究了在非 Kerr 几何下黑洞光环的形状,提出了一种可积分的参数化方法,揭示了光环拟合函数的高退化性,指出需独立测量质量和自转参数以检验 Kerr 假设。
2025-10-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Equilibrium Configurations of Homogeneous Fluids in General Relativity
利用高精度、多区域、拟谱方法,研究了均匀旋转、均匀和轴对称相对论性流体的解空间。事实证明,这个空间可以划分为解决方案的类别。本文提出了两类新的相对论性核环解和双环解。结合我们的知识的前四个类后牛顿的结果和牛顿部分的前十个类,我们提出了整个相对论解空间的定性行为。牛顿圆盘极限只能通过无穷多个上述类来达到。只有当这个限制过程完成后,我们才能再次进入相对论性状态,并得到分析上已知的相对论性尘埃盘。
2004-08-23 astro-ph gr-qc
Role of general relativity and quantum mechanics in dynamics of Solar System
设m(i)是第i颗行星的质量,M是太阳的质量。从天文数据可知,所有行星的比值r(i)=m(i)/(m(i)+M)都是10^(-3)-10 ^(-6)的量级。所有重行星的卫星也是如此。这些结果表明,爱因斯坦对水星动力学的处理几乎可以扩展到太阳系中的任何天体。这一事实并不能解释太阳系中现有的秩序。事实上,所有的行星都位于同一个(太阳的赤道)平面,并以与旋转太阳相同的方向移动。重行星的规则卫星和与这些卫星相关的行星环也是如此。除了规则卫星外,有不规则的卫星(和至少一个不规则的(土星)环与这样的卫星(菲比))在各自的平面组合(除了赤道),它们都在稳定的轨道上沿着“错误”的方向运动。它们严格位于常规卫星的位置之外。这种填充模式让人想起原子力学中的填充模式。基于海森堡的原始思想,我们发展了量子天体力学来解释这种填充模式和重行星环。形式主义基本上考虑到行星和卫星在测地线上运动。
2010-03-29 gr-qc
Geodesics around Weyl-Bach's Ring Solution
我们在牛顿势理论和广义相对论中探讨了均匀环的一些引力性质。我们使用一个时空与外尔静态解的真空爱因斯坦方程的环状奇点。研究了试验粒子在环的引力场中的牛顿运动,并与给定时空中相应的测地线运动进行了比较。我们发现了一种相对论性的特殊吸引力:自由下落的粒子测地线被引向内环,但永远不会碰到环。
2005-08-18 gr-qc
Black Hole Images as Tests of General Relativity: Effects of Spacetime Geometry
超大质量黑洞的图像被光学薄的、辐射效率低的吸积流所包围,就像用事件视界望远镜观察到的那样,其特征是黑洞阴影周围有一个明亮的发射环。在克尔时空中,这个明亮的环,当狭窄时,紧密地跟踪阴影的边界,并且可以通过适当的校准作为它的代理。本文通过考虑两种特殊的时空几何来扩展这一说法的有效性:一种是修正引力理论的场方程的解,另一种是参数偏离克尔但当其偏离参数消失时恢复克尔时空的解。一个协变的,轴对称的分析模型的吸积流守恒定律的基础上,跨越了广泛的等离子体条件的计算合成的非克尔黑洞图像,然后进行分析和表征。我们发现在所有时空中:(i)在确定黑洞图像中观察到的环的直径时,起关键作用的是引力透镜不稳定光子轨道,而不是事件视界或最里面的稳定圆形轨道,(ii)这些图像中的亮环的大小与黑洞阴影的边界成比例,并包围黑洞阴影的边界,即使在明显偏离克尔时,以及(iii)吸积等离子体的物理性质的不确定性对图像的直径和黑洞阴影的直径之间的关系引入次优势修正。这些结果为利用黑洞图像探测和检验超大质量黑洞的时空提供了新的理论依据。
2022-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Testing general relativity using golden black-hole binaries
恒星质量的黑洞双星通过螺旋、合并和衰荡的合并是地基引力波(GW)探测器最有希望的来源之一。如果观测到的GW信号具有足够的信噪比,那么黑洞的质量和自旋就可以从信号的螺旋部分估计出来。使用这些估计的初始参数的二进制,质量和自旋的最终黑洞可以唯一地预测利用广义相对论数值模拟。此外,最终黑洞的质量和自旋可以从合并信号的振铃部分独立估计。如果双黑洞动力学是正确的描述广义相对论(GR),这些独立的估计必须是相互一致的。我们提出了一个贝叶斯实现这样一个测试的广义相对论,它允许我们结合多个观测的约束。使用组装修改的GR波形,我们证明了这个测试可以检测到足够大的偏差GR,并概述了预期的约束,从即将到来的GW观测使用第二代地面GW探测器。
2016-09-14 astro-ph.HE gr-qc
A meta inspiral-merger-ringdown consistency test of general relativity with gravitational wave signals from compact binaries
Trade Republic Bank GmbH(Trade Republic银行有限公司)
本文提出一种元检验方法,通过比较不同GR检验结果来检验广义相对论的正确性,发现GR信号一致,非GR信号检测到偏差。
2026-02-20 gr-qc
VACUUM STATIC, AXIALLY SYMMETRIC FIELDS IN D-DIMENSIONAL GRAVITY
讨论了具有Ricci平坦内部空间的$D$维广义相对论中的真空静态轴对称时空。它示出,特别是,一些的Cupole-type的解决方案是免费的曲率奇点和他们的源可以是一个磁盘膜有界的一个环与字符串或分支型奇点。另一种可能性是虫洞配置,其中粒子可以通过穿过具有弦或分支类型奇点的环而穿透到另一个空间无限。这些结果特别适用于传统广义相对论中的真空和标量真空组态。
1995-05-15 gr-qc
Numerical-Relativity-Informed Effective-One-Body model for Black-Hole-Neutron-Star Mergers with Higher Modes and Spin Precession
提出首个含一般自旋、高阶模态与进动效应的BHNS EOB波形模型,经NR验证并用于GW190814等事件的贝叶斯参数估计。
2022-12-07 gr-qc
Lyapunov Exponents to Test General Relativity
本文提出一个稳健数值框架,用于计算并比较Kerr时空与任意修改引力理论中类光测地线的李雅普诺夫指数,并在标量Gauss-Bonnet引力和动力学Chern-Simons引力中给出结果,进而确定甚长基线干涉测量约束这些理论所需的精度下界。
2024-02-21 gr-qc
Surrogate model of hybridized numerical relativity binary black hole waveforms
数值相对论(NR)模拟提供了最精确的二元黑洞引力波形,但对于参数估计等应用来说,成本过高。NR波形的替代模型已被证明是快速和准确的。然而,基于NR的代理模型受到训练波形长度的限制,其通常在合并前约为20个轨道。我们补救这一点,通过杂交的NR波形使用后牛顿和有效的一个机构波形的早期inspiral。我们提出了NRHybSur3dq 8,杂交非旋进数值相对论波形的代理模型,这是有效的整个LIGO波段(从$20~\text{Hz}$开始)的恒星质量二进制与总质量低至$2.25\,M_{\odot}$。我们包括了$\ell \leq 4$和$(5,5)$自旋加权球谐模,但不包括$(4,1)$或$(4,0)$模。该模型已针对基于104个NR波形的混合波形进行了训练,其中质量比为$q\leq8$和$|χ_{1z}|,|χ_{2z}| \leq 0.8$,其中$χ_{1z}$($χ_{2z}$)是较重(较轻)BH在轨道角动量方向上的自旋。替代品准确地再现混合波形,在质量范围$2.25M_{\odot} \leq M \leq 300 M_{\odot}$上具有不匹配的$\lesssim 3\times10^{-4}$。在高质量($M\gtrsim40M_{\odot}$),合并和振铃更突出,我们显示了大约两个数量级的改善,现有的波形模型。我们还表明,即使在其训练参数空间范围之外外推时,代理也能很…
2019-03-27 gr-qc