Gravitational-Wave Data Analysis with High-Precision Numerical Relativity Simulations of Boson Star mergers
本研究通过高精度数值模拟玻色子星双星并合，将引力波信号注入LIGO噪声，发现部分信号与现有模板简并但参数有偏，部分则具有独特特征。该方法为引力波数据分析提供了替代解释途径。
2024-11-07 gr-qc
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
Gravitational radiation pulses from Extreme-Mass-Ratio-Inspiral system with a supermassive boson star
未来的星载引力波探测器将观测毫赫兹的引力波。中心超大质量黑洞的极质量比吸气是提供黑洞附近信息的重要来源。事件视界将黑洞的内部区域分隔开来，没有任何东西可以从这个区域逃脱。当中心的超大质量致密天体是一个规则的、无水平旋转的玻色子星时，一个小天体可以穿过中心并遵循新的轨道类型。这将产生引力波，这在对应于中心超大质量黑洞的极端质量比螺旋的情况下是无法获得的。这可以用来检查在星系中心是否存在超大质量的旋转玻色子星。在这项工作中，我们考虑了一个极端的质量比inspiral系统描述的一个小的紧凑的对象inspiral到一个中央超大质量旋转玻色子星。综合四种特殊的赤道测地线，利用四极近似下的数值kludge方法，得到了相应的引力波形，发现在这类系统中存在着高频的引力辐射脉冲。引力辐射脉冲的频率可以达到$10^{-1}$ Hz量级，整个引力波部分的频率都在毫赫兹量级。假设中心超大质量旋转玻色子星和小型致密天体的质量分别为$10^6 M_\odot$和$10 M_\odot$，距离为$1\text{Gpc}$，证明了星载引力波探测器可以探测到引力辐射脉冲。我们的研究结果将为区分银河系中心致密天体提供可能的证据。
2021-08-30 gr-qc
On the detectability of gravitational waves emitted from head-on collisions of $\ell$-boson stars
本文研究$\ell$-玻色子星正面碰撞引力波在100 Mpc内的可探测参数范围，并通过模拟信号图像比较其与黑洞碰撞信号的异同。
2024-12-06 gr-qc
Gravitational waves and kicks from the merger of unequal mass, highly compact boson stars
近几十年来，玻色子星作为致密物体的简单、自洽模型以及在某些暗物质场景中形成的自引力结构引起了人们的广泛关注。通过电磁特征直接探测这些假想物体是不可能的，因为它们的玻色子成分预计不会与普通物质和辐射发生显着相互作用。然而，玻色子双星可能会形成并合并，释放出可检测到的引力波信号，这可能会将它们与包含黑洞和中子星的普通紧凑物体双星区分开来。我们研究了两个玻色子星的合并，通过数值演化的完全相对论性爱因斯坦-克莱因-戈登方程的复杂的标量场与孤立子的潜力，产生非常紧凑的玻色子星。由于质量-半径图的陡峭，我们可以研究质量比高达$q\approx23$的不等质量玻色子双星的动力学和引力辐射，而不像演化大质量比的双星黑洞那样困难。与先前研究的等质量情况类似，我们对合并的数值演化产生了一个非旋转的玻色子星或一个旋转的黑洞，这取决于初始质量和双星角动量。我们没有发现任何证据表明，在旋转的黑洞或玻色子星周围形成了同步标量云。有趣的是，与等质量的情况相反，耗散角动量的机制之一现在是不对称的，并导致大的反冲速度（高达几个$10^4\,{\rm km/s}$），这可能会产生游荡的残余玻色子星。我们还比较了玻色子双星和黑洞双星的引力波信号，并讨论了地面干涉仪对这些差异的探测能力。
2022-09-16 gr-qc
Boson Stars in Bumblebee Gravity and Their Gravitational Waveforms from Extreme-Mass-Ratio Inspirals
Southwest University（西南大学）；Lanzhou University（兰州大学）
研究大黄蜂引力中洛伦兹破缺对迷你玻色子星致密性的影响，发现正破缺参数增强引力束缚使星更致密，负参数则相反，并影响极端质量比旋近的引力波特征。
2026-06-23 gr-qc
Consistent gravitational anomalies for chiral bosons
用Schwinger-DeWitt正则化和独立的上同调方法处理了二维手征玻色子的精确一致引力反常。的仿射变换是由一个单一的鬼，它允许爬上同调链以独特的方式。
2009-02-12 gr-qc hep-th
Gravitational waves from superradiant instabilities of rotating black holes
直接探测到来自几个致密双星聚结的引力波，开创了天文学的新纪元。它开辟了探测超轻玻色子的可能性，超轻玻色子是由标准模型的扩展预测的，从它们的引力特征。这是特别有趣的，因为这些假设粒子中的一些可能是暗物质的成分，预计与标准模型粒子的相互作用非常弱，如果有的话，但它们会像往常一样受到引力。超轻玻色子可以引发旋转黑洞的超辐射不稳定性，并形成玻色子云，发射引力波。在这篇文章中，我们提出了一个概述等不稳定性的引力波源和评估的能力，目前和未来的探测器揭示潜在的暗物质候选人。
2021-11-17 gr-qc
The gravitational redshift of boson stars
我们研究了具有自相互作用的玻色子星可能的引力红移值，研究了广泛的可能质量。对于稳定的玻色子星构型，我们发现了一个极限值$z_{lim} \simeq 0.687$。我们比较了理论预期和几个不同波段的观测能力，得出结论，通过这种方法直接观测玻色子星将是非常具有挑战性的。X射线光谱学也许是最有趣的可能性。
1997-04-10 astro-ph gr-qc
A semi-coherent analysis method to search for continuous gravitational waves emitted by ultra-light boson clouds around spinning black holes
由于克尔黑洞中的超辐射不稳定性，超轻玻色子云可以成为持久的引力波源，可能被当前和未来的引力波探测器探测到。这些信号被预测为几乎是单色的，具有小的稳定频率增加（自旋上升），但是考虑到在理论水平上所做的几个假设和简化，从数据分析的角度来看，考虑更广泛的一类引力信号是明智的，其中相位（或频率）在时间上略有漂移。其他类型的源，例如中子星，在物质吸积和持续引力波发射之间存在扭矩平衡，也属于这一类。在本文中，我们提出了一个强大的和计算成本低廉的分析管道，致力于这种信号的搜索。我们提供了一个完整的表征的方法，通过理论上的灵敏度估计，并通过分析syntethic数据，其中模拟信号已被注入。讨论了全天空搜索和高灵敏度定向搜索的搜索设置。
2018-09-19 gr-qc
Identifying Proca-star mergers via consistent ultralight-boson mass estimates across gravitational-wave events
本文提出贝叶斯混合模型框架，通过跨引力波事件的一致超轻玻色子质量估计识别Proca星并合，为奇异致密天体探测提供新方法。
2025-11-14 gr-qc
Non-Relativistic Boson Stars as Gravitational Quantum Droplets
本研究分析非相对论玻色-爱因斯坦凝聚态玻色星的动力学，引入对数势描述多粒子相互作用，在能量守恒下将其解释为宏观引力量子液滴，且该结论可推广至多尺度系统的动力学分析。
2024-11-02 cond-mat.other gr-qc
On the nature of the Newton's gravitational constant and the possible quantum-field theory of gravitation
基于物理尺寸的一致性（以自然单位$\hbar = c = 1$表示）的牛顿引力常量$G_{N} $与弱相互作用的唯象费米常数$G_{F} $之间的关系表明，由有质量的中间矢量玻色子与自旋$S=1$交换所引起的弱力之间存在着一定的相似性，以及“超弱”引力，这可能是由“超大质量”假设张量玻色子与自旋$S=2$的交换引起的。通过类比电弱相互作用理论中的中间玻色子的质量是如何由于电磁场与非线性标量希格斯场的相互作用而自发破缺电磁场的规范对称性而产生的，携带引力相互作用的假想张量玻色子的质量也可以是无质量引力子与基本引力子相互作用时，其规范对称性自发破缺的结果平坦四维时空中的非线性标量场。
2017-07-26 gr-qc
Gravity-induced four-fermion contact interaction implies gravitational intermediate W and Z type gauge bosons
费米子与引力的耦合必然导致不可重整化的引力四费米子接触相互作用。在这篇文章中，我们认为，增加适当的动力学项平方的引力规范场强度（挠率和曲率）的爱因斯坦-Cartan拉格朗日引起新的，大量的传播引力自由度。这与费米的有效四费米子相互作用及其涌现的W和Z玻色子非常相似。
2017-02-10 gr-qc hep-ph
Gauge boson masses from the scale-dependent interplay between the gravitational and the electroweak sector
在本文中，我们探讨了在电弱和引力部门产生的规模依赖的相互作用。采用变分参数设置的方法自然地导致自发对称性破缺，从而导致电弱规范玻色子质量。我们探讨了这个模型的现象学前景和映射到程序的渐近安全。
2022-07-27 gr-qc hep-ph
Black Hole-Boson Star Binaries: Gravitational Wave Signals and Tidal Disruption
University of Cambridge（剑桥大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Caltech（加州理工学院）
研究黑洞-玻色星双星系统中引力波信号与潮汐破坏，探讨四次自相互作用和标量场溶iton势的影响，提出改进初值数据的方法，并分析不同标量势对辐射效率和潮汐破坏的抑制作用。
2026-10-06 gr-qc
Direct constraints on ultra-light boson mass from searches for continuous gravitational waves
\textit{Superradiance}可以触发旋转黑洞周围超轻玻色子云的形成。一旦形成，玻色子云预计将发出一个近周期性的，长时间的引力波信号。对于质量在$(10^{-13}-10^{-11})$ eV范围内的玻色子和恒星质量的黑洞，这样的信号可能被引力波探测器探测到，比如先进的LIGO和Virgo。在这封{ \it Letter}中，我们提出了在LIGO O2数据中对周期性引力波进行通用全天空搜索的全波段上限，并首次使用它们来导出对超轻标量玻色子场质量的直接约束。
2019-09-19 astro-ph.HE gr-qc
A novel black hole mimicker: a boson star and a global monopole nonminimally coupled to gravity
对于玻色子星与引力非最小耦合的全局玻色子引力相互作用系统，建立了一个模拟黑洞的高度致密天体的场论模型。根据非线性引力效应和引力反作用的强弱，耦合区可分为弱耦合区、弱耦合区和强耦合区。在强耦合制度，我们表明，一个排斥的粒子稳定的吸引玻色子星和由此产生的配置具有大的能量密度，大（和负）的主压力，大的紧凑性，大的有效势，大的本地部队，但没有表现出事件视界。这样一个玻色子星和一个全局玻色子的复合系统，代表了一个令人信服的黑洞模仿者的微观候选者。
2014-02-11 gr-qc
Gravitational laser: the stimulated radiation of gravitational waves from the clouds of ultralight bosons
本研究揭示由克尔黑洞与超辐射玻色子云构成的引力原子中可产生引力波受激辐射，共振跃迁会放大引力波并形成强定向的新型引力波信号，为引力波探测提供新方向。
2024-01-29 astro-ph.CO gr-qc
Evolution of 3D Boson Stars with Waveform Extraction
利用完全广义相对论三维程序研究了玻色子星在非球面扰动下的辐射特性，并给出了数值结果。我们已经构建了一个模拟程序，适合于研究一般对称时空中的标量场，汇集了解决初值问题，完整的演化系统和引力波的检测和分析的组件。在一系列的数值模拟，我们明确提取Zerilli和纽曼彭罗斯标量$Ψ_4$引力波形时，恒星受到不同类型的扰动。玻色子恒星系统具有快速衰减的非径向准正规模，因此可以提取所有研究构型的完整引力波形。分析了稳定、临界和不稳定玻色子星组态发射的引力波，并将数值观测到的准正规模频率与已知的线性微扰结果进行了比较。当施加径向和非径向扰动时，在度规振荡中观察到高频非球模与低频球模的叠加。模拟了不稳定玻色子星坍缩成黑洞的过程。最初发现时，观测到的表观视界是轻微非球形的，随着系统的发展，它变成了球形。观察到与球谐函数成比例的非径向扰动的应用不影响塌缩时间。观察到一颗受到大扰动的不稳定恒星迁移到稳定配置。
2006-03-17 gr-qc
Does fermionic entanglement always outperform bosonic entanglement in dilaton black hole?
Liaoning Normal University（辽宁师范大学）
研究发现稀尔顿黑洞中玻色子与费米子场的纠缠特性存在差异，挑战传统观点并提供理论指导。
2026-09-25 gr-qc quant-ph
Gravitational scattering of solitonic boson stars: Analytics vs Numerics
本文通过解析与数值方法对比，首次提出了有效一维势能模型，用于构建引力波模板，研究了玻色星二体系统的散射特性。
2025-11-30 gr-qc hep-th
Astrophysical signatures of boson stars: quasinormal modes and inspiral resonances
致密玻色子场组态，或称玻色子星，是一种很有希望的暗物质候选者，被用来描述活动星系核中的超大质量致密天体。玻色子星在大小和质量上可以与超大质量黑洞相媲美，并且很难通过电磁观测来区分。然而，玻色子星不具有事件视界，其整体时空结构不同于黑洞。这在引力波辐射中留下了一个特征印记，可以用来区分黑洞和其他无水平线的致密天体。在这里，我们进行了详细的研究玻色子星和它们的引力波签名在一个完全相对论的设置，这是缺乏在现有的文献中的许多方面的研究。我们构造了几种完全相对论性玻色子星构型，并分析了它们的测地线结构和自由振荡谱，或称准正规模。我们探讨玻色子星时空的引力和标量响应的一个螺旋恒星质量的对象，并比较它的黑洞对应。我们发现，一个通用的签名紧凑的玻色子星是一个小的紧凑的物体上稳定的准圆测地线运动的共振模式激发。
2013-09-19 gr-qc
The Gravitational Afterglow of Boson Stars
在这项工作中，我们研究了玻色子星双星合并后的长寿命引力波签名。我们使用完整的数值相对论来模拟合并后的引力余辉，并在很长一段时间内跟踪。我们实施了最近的创新的二进制初始数据，显着减少虚假的初始激发的标量场配置文件，以及角动量的措施，使我们能够跟踪的空间体积的总动量，包括曲率的贡献。至关重要的是，我们发现余辉持续的时间比自旋下降的时间长得多。这种延长的引力波余辉提供了一种特征信号，可以将其与其他天体物理来源区分开来。
2022-07-12 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Properties of Quantum Bosonic Strings
在这篇论文中，我们对量子玻色弦的引力性质进行了研究。我们首先计算闵可夫斯基时空中弦的量子能量动量张量${\hat T}^{μν}(x)$。我们计算了开玻色弦和闭玻色弦在不同物理弦态下的期望值。我们考虑的状态是由质量中心坐标中的归一化波包描述的。在我们的结果中，我们特别发现，${\hat T}^{μν}(x)$成为一个非局域的操作员在量子水平上，它的位置似乎是由量子涨落涂抹。我们发现，期望值获得一个非零值的质量和无质量弦状态。在计算了$<{\hat T}^{μν}(x)>$之后，我们在爱因斯坦方程的弱场近似的框架下计算了量子无质量玻色弦引起的引力场。我们得到了弱场度规$h^{μν}(x)$的多极展开式，并给出了它的引力性质，包括由这样的弦产生的引力辐射。我们的结果进行比较，发现经典（宇宙）弦。
1997-07-31 gr-qc hep-th
Gravitational Interaction of Higgs Boson and Weak Boson Scattering
随着125 GeV类希格斯玻色子在LHC中的发现，我们利用独特的四维算符$\,ξH^†H R\,$研究了希格斯玻色子玻色子的引力相互作用，该算符包含希格斯偶线和标量曲率，并具有非最小耦合$\,ξ\,$ .这个Higgs门项可以在Einstein坐标系中转化，并在Higgs扇区中产生规范不变的有效相互作用。研究了Einstein坐标系下的弱玻色子散射，明确地证明了存在$\,ξ\,$耦合时的M-Goldstone玻色子等价定理.在此基础上，我们得到了爱因斯坦坐标系下Higgs引力耦合$\,ξ\,$的么正性束缚，它比目前LHC Higgs测量所得到的结果更强.我们进一步研究了TeV尺度下$ξ$依赖的弱玻色子散射截面，并通过弱玻色子散射实验提出了一个新的Higgs-gravity耦合$\,ξ\,$的LHC探针.
2013-11-04 gr-qc hep-ex hep-ph
Boson Stars in the Brans-Dicke Gravitational Theories
玻色子星由自引力标量场系统组成，它们形成宏观量子态，并且是可能的暗物质候选者。本文讨论了Brans-Dicke引力中玻色子星的存在性。我们证明了在Brans-Dicke引力中玻色子星运动方程的解对于不同的耦合常数$Λ=λM_{Pl}^2/4πm^2$是存在的，其中$λ$是四次耦合，$m$是玻色子场的质量。我们发现，与基于广义相对论的类似解决方案相比，这些物体的质量只减少了百分之几。我们还考虑极限解为$Λ\rightarrow\infty$。
1993-08-10 astro-ph gr-qc
Massive Boson Superradiant Instability of Black Holes: Nonlinear Growth, Saturation, and Gravitational Radiation
在完全广义相对论中，我们研究了大质量玻色子在旋转黑洞周围的超辐射不稳定性，而没有假设空间对称性。我们专注于一个快速旋转的黑洞的情况下，在一个矢量玻色子的康普顿波长可比的黑洞半径，这是相对论效应最大化的制度。我们跟踪玻色子云的增长，通过超辐射进入非线性区域，因为它旋转到黑洞，达到最大能量，并开始通过引力波的发射消散。我们发现，超辐射不稳定性可以有效地转换成引力辐射的黑洞的旋转能量的显着的一部分。
2018-09-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational wave signatures of ultralight vector bosons from black hole superradiance
在超轻玻色子场的存在下，旋转的黑洞对超辐射是不稳定的。黑洞的旋转能量被转换成非轴对称的、振荡的玻色子云，它通过发射几乎单色的引力辐射而消散。因此，地面或空间探测器的引力波观测可以用来探测与标准模型弱耦合的暗粒子的存在。在这项工作中，我们专注于大量的矢量玻色子，通过超辐射增长得更快，并产生显着更强的引力波相比，标量的情况下。我们使用黑洞微扰理论的技术来计算不同玻色子质量和黑洞质量和自旋的参数空间的相对论正确的引力波信号。这填补了文献中平空间近似和时域计算之间的空白，平空间近似在非相对论极限下低估了引力波振幅，在相对论范围内高估了它，时域计算只覆盖了参数空间的有限部分。我们还确定泛音超辐射不稳定模式将增长速度比较低频率的基本模式的参数范围。这种情况下将产生一个独特的引力波信号，由于拍的同时填充模式，我们计算。
2020-01-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Model of the electro-weak, gravitational and strong interactions in the O-theory
基于八元数代数的矩阵表示，并赋予特定的乘法规则，建立了电弱相互作用和引力相互作用的模型。虽然在这个模型中的电弱相互作用是由带电的W玻色子引起的，但其他两种力似乎具有稍微复杂的性质。模型中的引力相互作用与一对带电玻色子的偶极相互作用一致。偶极由来自主八元数代数场的带电矢量玻色子对组成。当带电偶极对与来自主八元数代数场的中性玻色子对相互作用时，带电玻色子对失去其质量。质量的下降导致引力相互作用的远距离力的出现。最后，强相互作用在模型中表现为具有特殊“引力”常数的“黑整体”型内部引力解。该解是主矢量场对与带电W玻色子对相互作用的产物。从该模型可以推断，状态空间是十维的。该空间被构造为粒子场上八元数代数的矩阵表示的模（O-模）。与标准Weinberg-Salam理论类似，粒子质量在这里表现为无质量旋量场与Higgs场相互作用的产物。
2011-01-30 gr-qc nucl-th
Probing the existence of ultralight bosons with a single gravitational-wave measurement
光玻色子被认为是基础物理学和宇宙学中各种问题的可能解决方案，包括一大类超越标准模型物理学的候选者，如光子和模量，波暗物质和类轴子粒子。如果自然界中存在轻玻色子，它们将通过超辐射从旋转的大质量黑洞中提取旋转能量，从而自发形成“云”，超辐射是一种经典的波放大过程，人们已经研究了几十年。云的超辐射增长决定了最终黑洞的几何形状，而黑洞的几何形状决定了云的形状。因此，黑洞的几何形状和云都编码了关于轻玻色子的信息。由于这个原因，对黑洞/云系统的引力场的测量（编码在引力波中）是超定的。我们表明，一个单一的引力波测量可以用来验证存在的轻玻色子的模型选择，排除其他解释的信号，并测量玻色子的质量。这样的测量可以做一般的玻色子在质量范围$[10^{-16.5},10^{-14}]$ eV的极端质量比吸气使用LISA观测。
2020-05-13 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Boson Stars as Gravitational Lenses
我们讨论玻色子星作为可能的引力透镜，并研究了由标量粒子构成的玻色子星的引力透镜效应。玻色子星的质量和大小可能会有所不同，从一个类似太阳的牛顿天体到一个接近史瓦西半径的星系的广义相对论大小和质量。我们假设玻色子星是透明的，这使得光可以通过它们，尽管光被引力偏转。我们假设质量为$M = 10^{10}M_\odot$的玻色子星与观测者的距离是非宇宙学距离。我们讨论这些恒星的透镜方程以及放大率的细节。我们发现，通常有三个图像的恒星，但偏转角可能会有所不同，从弧秒，甚至度。对于切向和径向放大，分别存在一条切向临界曲线（爱因斯坦环）和一条径向临界曲线。此外，光在玻色子星的引力场中通过时的偏转角可以非常大（甚至是度的量级），这反映了它们是非常强的相对论性物体的事实。我们还提出了一个合适的公式，这样的大偏转角的透镜方程，并保留，大偏转角的图像是高度缩小，但在切向临界曲线的区域，它们的存在可能有助于在观测检测合适的透镜具有玻色子星的特征，也可以作为宇宙中的标量场的直接证据。
2000-02-06 astro-ph gr-qc
Do Fermions and Bosons Produce the Same Gravitational Field?
我们研究了引力与费米子和玻色子不同强度耦合的宇宙学结果。我们表明，这导致了一个不同的扰动的原始核合成的标准图片比额外的中微子类型的添加或G值的整体缩放。观测到的氘和氦-4丰度使玻色子引力常量（G_B）与费米子引力常量（G_F）的比值在1 σ时为0.45 < G_B/G_F < 0.92，在2 σ时为0.33 < G_B/G_F < 1.10。一个值G_B < G_F可以调和目前原始核合成预测的氘和氦-4丰度之间的“张力”。我们简要地评论其他宇宙学效应。
2004-10-12 astro-ph gr-qc hep-ph
Supermassive black holes or boson stars? Hair counting with gravitational wave detectors
银河系中心存在超大质量克尔黑洞的证据是强有力的，而且还在不断增加，但只有探测到引力波才能令人信服地排除解释观测结果的其他可能性。克尔时空完全由前两个多极矩：质量和角动量来描述。这通常被称为“无毛定理”，但它实际上是一个“两毛定理”。如果广义相对论是正确的引力理论，那么最有可能替代超大质量克尔黑洞的就是旋转玻色子星。数值计算表明，旋转玻色子星的时空是由前三个多极矩决定的（“三毛定理”）。LISA可以精确地测量这些超大质量物体的振荡频率。我们建议使用这些测量来“计数它们的毛发”，明确地确定它们的性质和属性。
2006-05-17 astro-ph gr-qc
Methodology for constraining ultralight vector bosons with gravitational wave searches targeting merger remnant black holes
本文提出一种统计稳健框架，在并合遗迹黑洞引力波搜寻未发现超轻矢量玻色子信号时约束其存在，并评估动力学混合与隐希格斯机制对约束能力的影响，表明下一代探测器可探测尚缺约束的参数空间。
2025-03-10 gr-qc hep-ph
Ultralight bosonic dark matter in white dwarfs and potential observational consequences
流体和超轻玻色子暗物质可以通过引力相互作用形成稳定的费米子-玻色子星，它们是爱因斯坦-欧拉-（复杂的、有质量的）克莱因-戈登系统的静态正则混合解。在这项工作中，我们研究了通过引力冷却的球形混合白矮星-玻色子星的动力学形成，其性质取决于玻色子粒子的质量和玻色子星的质量。由于玻色子暗物质的吸积，白矮星迁移到一个密度更大、结构更紧凑的玻色子恒星核心，从而改变了它的引力红移，并改变了光球层发出的电磁辐射。我们讨论了引力红移的变化的影响，原则上可以产生任何类型的暗物质，这可能会导致小的差异估计质量和半径来自白矮星的观测。
2022-02-01 astro-ph.SR gr-qc
Probing new light gauge bosons with gravitational-wave interferometers using an adapted semi-coherent method
我们适应的方法，最初开发的搜索准单色，准无限的引力波信号，直接检测新的光规玻色子与激光干涉仪，这可能是候选人的暗物质。为了搜索这些粒子，我们最佳地选择分析相干时间作为玻色子质量的函数，使得所有信号功率将被限制在一个频率箱中。我们把重点放在暗光子，规范玻色子，可以耦合到重子或重子轻子数，并解释它与引力波干涉仪的相互作用，在一个窄带，随机信号的结果。我们提供了一个端到端的分析方案，估计其计算成本，并调查后续技术，以确认或排除暗物质的候选人。此外，我们推导出的灵敏度的理论估计，并表明它是一致的，通过模拟确定的经验灵敏度，并从互相关搜索的结果。最后，我们使用LIGO Livingston第二次观测运行的数据将Feldman-Brachins上限，这对规范玻色子与干涉仪的耦合给出了一个新的强约束。
2021-03-11 astro-ph.IM gr-qc
Bosonic and fermionic statistics in nonperturbative quantum gravity
İzmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学）；Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）
研究探讨了非微扰量子引力中引力场是否仍需满足玻色子统计，并发现引力场的运动学态空间包含玻色子、费米子和混合统计的子空间。
2026-07-30 gr-qc hep-th
Multiband gravitational-wave searches for ultralight bosons
引力波可能是由超轻玻色子产生的少数直接观测值之一，超轻玻色子是受约束的暗物质候选者，可能是粒子理论、高能物理学和宇宙学中几个问题的关键。这些类轴子粒子可以自发地在天体物理学黑洞周围形成“云”，导致连续引力波的强发射，可以被地面和太空中的仪器检测到。尽管已经对这种情况进行了彻底的研究，但尚未认识到这两种类型的检测器可以串联使用（称为“多带”的实践）。在本文中，我们表明，未来的引力波探测器在地面和空间将能够一起工作，以检测质量为$25 \lesssim μ/\left(10^{-15}\, \mathrm{eV}\right)\lesssim 500$的超轻玻色子。在探测双星黑洞吸入时，LISA空间任务将提供关键信息，使未来的地面探测器，如宇宙探测器或爱因斯坦望远镜，能够搜索观测到的双星中单个黑洞周围玻色子云的信号。我们制定了检测策略，并专注于标量玻色子，图表合适的参数空间。我们研究了对系统历史的无知的影响，包括云的年龄和黑洞旋转。我们还考虑了潮汐共振，可能会破坏玻色子云之前，其引力信号变得可检测的地面后续行动。最后，我们将展示如何考虑所有这些因素，以及LISA测量中的不确定性，以获得玻色子质量的限制，从地面观测LISA促进。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Characterizing the continuous gravitational-wave signal from boson clouds around Galactic isolated black holes
超轻玻色子可以通过超辐射不稳定性在恒星质量的黑洞周围形成巨大的云。通过湮灭等过程，这些玻色子可以产生频率在LIGO和Virgo范围内的连续引力波信号。如果玻色子湮灭发生，那么银河系黑洞群将产生许多引力信号，我们称之为系综信号。我们的特征的合奏信号所观察到的引力波探测器，这是很重要的，因为合奏信号携带的主要签名，连续波信号具有玻色子湮灭的起源。我们探讨了如何广泛的一组黑洞人口参数影响所产生的自旋0玻色子湮灭信号，并考虑其可探测性最近搜索连续引力波。一群质量$10^8$、初始自旋分布在0和1之间的无量纲黑洞会产生多达1000个信号，这些信号的强度足以在原则上被这些搜索所检测到。对于一个更适度旋转的粒子群，信号的数量下降了大约一个数量级，对于某些玻色子质量，仍然产生多达100个可检测的信号。在100和1200 Hz之间的频率处未检测到湮灭信号不利于具有在$2\times10^{-13}$和$2.5\times10^{-12}$ eV之间的静止能量的标量玻色子的存在。最后，我们表明，根据黑洞的人口参数，必须小心假设，从搜索孤立的信号的连续波上限仍然有效的信号是一个密集的合奏的一部分：在200和300赫兹之间，我们敦促谨慎解释4和$6\times10^{-13}$ eV之间的玻色子的零结果。
2020-09-03 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational-wave detectors as particle-physics laboratories: Constraining scalar interactions with a coherent inspiral model of boson-star binaries
引力波对中子星并合的探测对于限制物质在1000密度下的微观相互作用起着至关重要的作用。类似地，如果宇宙中存在玻色子星，它们的合并可以用来限制标量场理论的基本耦合常数。我们发展了第一个四次相互作用玻色子星螺旋的相干波形模型。波形包括相干自旋诱导的四极和潮汐变形的贡献的质量和自旋的二进制和一个单一的耦合常数的理论。我们表明，未来的仪器，如爱因斯坦望远镜和激光干涉仪空间天线可以提供强有力的互补边界玻色子自相互作用，而目前的检测器的约束力是边际。
2021-02-16 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Searching for Dark Photon Dark Matter with Gravitational Wave Detectors
如果暗物质起源于一个非常轻的规范玻色子的背景，这个规范玻色子可能会对引力波探测器中的测试质量施加力，导致具有由规范玻色子质量设定的特征频率的位移。我们概述了一种新的搜索策略来寻找这样的暗物质，并表明地面和未来的天基引力波探测器有能力在未探索的参数制度，使5 $σ$发现。
2018-01-30 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Methods and prospects for gravitational wave searches targeting ultralight vector boson clouds around known black holes
本文提出基于隐马尔可夫模型的长持续时间信号跟踪方法，用于探测旋转黑洞周围超轻矢量玻色子云产生的引力波，并证明当前探测器可探测质量≥60太阳质量、自旋≥0.6的黑洞矢量云，光度距离达1 Gpc。
2023-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Method for detecting a boson star at Sgr A* through gravitational lensing
对银河系中心的Sgr A* 区域的观测证实了在一个小体积中存在大量物质，导致了那里存在黑洞的共识。然而，动力学观测不能排除玻色子星的存在，玻色子星是一种由标量粒子组成的紧凑物体，因为这两个物体都比当前观测约束的尺度要紧凑得多。虽然在银河系中心的玻色子星是不利的一些理论考虑，我们概述了第一个测试，可以直接观察玻色子星。我们通过研究银河系中心玻色子星假设下S星的强引力透镜来实现这一点。玻色子星具有扩展的质量分布，并且对电磁辐射透明，从而产生径向焦散曲线。我们计算了恒星穿过这些径向焦散线所形成的图像的亮度，并表明玻色子星会产生比具有类似质量的黑洞更明亮的图像，并且这些图像将很容易明亮到足以被即将到来的仪器检测到。
2013-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Probing Dynamics of Boson Stars by Fast Radio Bursts and Gravitational Wave Detection
玻色子星可能由一种新型的具有非平凡自相互作用的轻单重标量粒子组成，并可能构成宇宙中暗物质的一部分。在这项工作中，我们研究玻色子星的动力学与刘维尔和对数标量自相互作用势为基准。我们进行了数值分析，以及一个半解析研究的紧凑性和总质量将偏离通常的玻色子星形成的四次排斥自相互作用。我们应用最近提出的沼泽地猜想来检验具有这种基准势的玻色子星是否属于量子引力的景观。利用宏观致密晕天体（BSO）的质量约束和宇宙微波背景（CMB）的冷暗物质（CDM）等曲率模约束，导出了玻色子星中标量粒子的允许质量范围.我们进一步分析了快速射电暴（FRB）的透镜效应和引力波（GW）探测的应用，以探测这种玻色子星的存在，并限制其相应的模型的参数空间。我们讨论了如何用FRB和GW测量来区分这两种玻色子星势。
2019-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relativistic perturbation theory for black-hole boson clouds
本研究提出旋转黑洞标量云的相对论微扰理论，通过引入相对论内积与模式正交关系、推导类量子含时微扰形式计算自引力频移，取代非相对论近似且与数值相对论吻合，可应用于引力波天文学。
2024-01-03 gr-qc hep-th
Ultralight boson constraints from gravitational wave observations of spinning binary black holes
The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
通过引力波观测二进制黑洞自旋测量，约束超轻标量和矢量玻色子的质量范围，排除部分参数并映射到轴子和暗光子模型。
2026-01-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Boson Star from Repulsive Light Scalars and Gravitational Waves
研究了由超轻标量暗物质组成的玻色子星的性质。我们研究了球对称稳定恒星的最大质量的起源，它只在求解弯曲时空中的完整运动方程时出现，而不是在求解近似的薛定谔-牛顿方程时出现。当排斥力较弱时，标量上曲率的反作用作为吸引力的额外来源，可以克服排斥力，导致最大的恒星质量和紧凑性。我们还指出，光标量暗物质的UV完全粒子物理模型中的势一般比广泛使用的$ϕ^4$相互作用更复杂。潜在的$ϕ^4$之外的其他相互作用可以极大地改变玻色子星的性质，并改变LIGO引力波探测玻色子星双星合并的前景。
2019-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Modeling and searching for a stochastic gravitational-wave background from ultralight vector bosons
超轻玻色子，在各种超越标准模型的场景中被预测为暗物质候选者，可以触发旋转黑洞周围的超辐射不稳定性。这种不稳定性产生了振荡的玻色子凝聚，然后通过发射近单色的引力波而消散。这样的系统是目前和未来的引力波探测器有希望的来源。在这项工作中，我们考虑最小耦合，大量的矢量玻色子，它可以产生一个显着更强的引力波信号相比，标量的情况下。我们采用最近获得的引力波通量的数值结果，和黑洞种群的天体物理模型，包括孤立的黑洞和二进制合并残留物，计算和研究这些源发射的随机引力波背景的细节。使用贝叶斯框架，我们搜索这样的背景信号发射的数据从第一和第二次观测运行的高级LIGO。我们没有发现这种信号的证据。因此，结果使我们能够约束最小耦合矢量场的质量范围$0.8\times10^{-13}\mathrm{eV}\leq m_b\leq 6.0\times10^{-13}\mathrm{eV}$在95%的可信度，乐观地假设，无量纲自旋分布的孤立黑洞人口是均匀的范围$[0,1]$。在更悲观的假设下，只要无量纲黑洞自旋的均匀分布的上端是$\gtrsim 0.2$，就仍然可以排除$m_b\approx 10^{-13}\mathrm{eV}$附近的较窄范围。
2021-05-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Sensitivity of Space-based Gravitational-Wave Interferometers to Ultralight Bosonic Fields and Dark Matter
本研究针对超轻玻色场这一暗物质候选体，利用时延干涉测量技术分析LISA、Taiji、TianQin等规划中天基引力波干涉仪的探测灵敏度，推导传递函数并给出其对超轻玻色场与标准模型粒子耦合的约束能力。
2023-07-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Boson Stars with Extreme Mass Ratio Inspirals
我们提出利用由玻色子星和星系中心的超大质量黑洞组成的极端质量比螺旋（EMRI）的引力波作为寻找玻色子星的一种新方法。来自电磁辐射研究所的引力波具有在未来天基干涉仪引力波探测器的频带内持续时间长的优点，并且对于非常亚太阳质量的玻色子星可以积累很大的信噪比。与LIGO波段内的玻色子双星的引力波相比，我们发现EMRI可以探测更大范围的玻色子星的质量和致密性，以及底层的粒子物理参数空间。我们把玻色子星的潮汐破裂考虑在内，并区分那些在最内稳定圆轨道（ISCO）之前溶解的玻色子星和那些在ISCO之后溶解的玻色子星。由于记录了大量的周期，EMRI可以导致非常精确的玻色子星的质量测定，并在信号的情况下将其与标准的天体物理致密天体区分开来。潮汐效应在吸气双星系统，以及可能的相关电磁信号，也可以作为潜在的判别。
2019-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Higgs Gravitational Interaction, Weak Boson Scattering, and Higgs Inflation in Jordan and Einstein Frames
我们用唯一的四维算符$ξH^†H R$研究了希格斯玻色子的引力相互作用，其中$H$为Higgs偶线，$R$为Ricci标量曲率.我们分析了这种无量纲的非最小耦合$ξ$对弱规范玻色子散射的影响。我们明确地建立了非零$ξ$耦合下两个框架中的非线性Goldstone玻色子等价定理，并分析了么正性约束。我们研究了O（1-30）TeV尺度下$ξ$诱导的弱玻色子散射截面，并提出在LHC（14 TeV）和下一代pp对撞机（50- 100 TeV）上通过弱玻色子散射实验探测Higgs-引力耦合.我们进一步将研究扩展到Higgs暴胀，并通过耦合通道分析，在暴胀尺度下的大场背景下，定量地导出了微扰么正性的界。根据最近的BICEP 2数据，我们分析了传统的Higgs暴胀模型和改进模型中参数空间上的么正性约束。
2014-05-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Gravitational Waves and Nambu-Goldstone Bosons from Infrared-Finite Cosmic Strings
The University of Tokyo（东京大学）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo（东京大学国际高等研究所）
本文研究红外有限宇宙弦（如Skyrmion线和半局部弦）的引力波信号，指出其NGB发射受抑制，信号可与局部弦相比。
2026-10-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Detectability of Massive Boson Stars using Gravitational Waves from Fundamental Oscillations
Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天文学与天体物理中心）；Goethe Universität（歌德大学）
通过引力波基本振荡探测巨量介子星，利用解析拟合关系推断暗物质性质，并确定探测器可探测的距离范围。
2025-11-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
