Dark matter minispike: a significant enhancement of eccentricity for intermediate-mass-ratio-inspirals
当一个大质量致密天体，如一个黑洞（BH），螺旋进入一个中等质量黑洞（IMBH），一个中等质量比螺旋（IMRI）系统形成。这类系统是LISA、太极、天琴等天基引力波探测器的重要光源。暗物质（DM）迷你尖峰可能会在IMBH周围形成。我们研究了动力摩擦对DM小尖峰的偏心IMRI演化的影响。为此，我们建立了描述偏心IMRI在动力摩擦作用下演化的动力学方程。由于小速度时动力摩擦较大，因此在近点附近能量耗散大于近点附近。这将大大提高偏心率。例如，初始直肠半横肌为$1\rm AU$，即使是中度DM小峰也会使偏心率从$0.3$增长到$0.85$。在极端情况下，偏心率可以提高到接近$1$。我们还研究了一个球状星团中心IMRI的特殊情况，发现在IMRI进入LISA带之前，偏心率可以保持在$0.95$以上。在$10^{-3}\rm Hz$上，由于偏心率的差异，这些偏心率被DM小尖峰增强的引力波与没有DM的引力波很容易区分。这些预期可以通过未来的天基GW探测器（如LISA）进行测试。
2019-08-27 astro-ph.HE
Implications of the LISA stochastic signal from eccentric stellar mass black hole binaries in vacuum
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；SISSA（的里雅斯特国际高等研究学院）；INFN Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；IFPU - Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；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））；Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Università 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）；Institute for Gravitational Wave Astronomy & School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学引力波天文学研究所及物理与天文学学院）
研究探讨了恒星级质量黑洞双星早期 inspiral 中的非圆轨道对随机引力波背景的影响，提出改进的 SGWB 模型并分析其对 LISA 检测的启示。
2026-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing Between Formation Channels for Binary Black Holes with LISA
最近对GW 150914和GW 151226的探测意味着在本宇宙中有大量的恒星质量的双星黑洞合并。虽然地基引力波探测器仅限于观测双星合并前的最后时刻，但天基探测器，如激光干涉仪空间天线（LISA），可以在较低的轨道频率下观测双星，而这种系统仍然可以编码有关其形成历史的信息。特别是，轨道偏心率和质量的双黑洞在LISA频段可以一起使用，以区分在孤立的星系场和那些形成在密集的恒星环境，如球状星团形成的双星。在这封信中，我们探讨了双黑洞种群的轨道偏心率和质量，因为它们通过LISA频带的演变。总的来说，我们发现有两个不同的人群可辨别的LISA。我们发现，高达90%的二进制动态或隔离形成的偏心率可测量的LISA。最后，我们注意到如何测量偏心率的低质量的二元黑洞孤立地发展可以提供详细的限制物理的黑洞出生踢和共同的信封演变。
2016-09-22 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Observing GW190521-like binary black holes and their environment with LISA
像GW 190521这样相对大质量的黑洞的双星被认为是在稠密的气体环境中形成的，比如活动星系核（AGN）的圆盘，它们可能与瞬变电磁对应物有关。这种假定的环境与双星的相互作用可能会在激光干涉仪空间天线（LISA）可观察到的低引力波频率处留下显著的印记。我们表明，LISA将能够检测到多达10个GW 190521类黑洞双星，天空位置误差$\lesssim1$度$^2$。此外，它还可以直接测量活动星系核中心超大质量黑洞的轨道运动所产生的各种效应，特别是多普勒调制和Shapiro时间延迟。由于仔细处理他们的频域信号，我们能够执行LISA看到的多普勒和Shapiro调制的二进制文件的完整参数估计。我们发现，多普勒效应和夏皮罗效应将允许测量AGN参数（半径和围绕AGN的轨道，中央黑洞质量的倾角）与高达100万级的精度。正确地模拟这些低频环境效应对于确定双星的形成历史，以及避免重建源参数和用引力波检验广义相对论时的偏差至关重要。
2022-11-11 astro-ph.HE gr-qc
Measuring eccentricity and gas-induced perturbation from gravitational waves of LISA massive black hole binaries
本研究评估了利用LISA引力波信号同时测量红移1处大质量黑洞双星的偏心率与气体效应的可行性，通过费希尔分析与贝叶斯推断给出参数约束精度，指出弱气体扰动可能与轨道偏心率简并，需电磁对应体验证。
2024-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Eccentric Signatures of Stellar-Mass Binary Black Holes with Circumbinary Disks in LISA
本文结合盘驱动与引力波驱动演化模型，揭示带环双星盘的恒星级双黑洞在LISA频段的可探测偏心率特征及其与质量比的关联。
2024-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Mass Beyond Measure: Eccentric Searches for Black Hole Populations
本文研究利用恒星质量双黑洞的轨道偏心率区分不同形成族群，评估 LISA、DECIGO 与 LIGO 频段探测及不同偏心率波形模板的辨别能力。
2024-02-14 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Formation of Double Neutron Star Binaries around 1mHz with LISA
我们提出了一种新的方法来检验银河系双中子星双星是否在LISA波段形成。在我们的方法中，我们分配一个有效的时间分数$τ$的每一个双中子星的LISA检测到的二进制。这个分数是作为观测到的轨道周期和偏心率的函数给出的，并且在没有带内双星形成的情况下应该均匀分布。应用统计技术，如Kolmogorov-Smirnov测试的实际列表的$τ$，我们可以检查带内二进制形成的签名。我们讨论了这种方法的前景，特别关注银河系双中子星双星在1 mHz附近的可用样本数。
2022-10-10 astro-ph.HE gr-qc
A parametrized test of general relativity for inspiralling eccentric binaries in LISA
Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（引力中心，尼尔斯·玻尔研究所）；Univ Toulouse, CNRS, L2IT（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，L2IT）；Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）
本文针对LISA观测的偏心旋近黑洞双星，构建两种含偏差参数δα的频域偏心波形模型，经lisabeta的贝叶斯分析表明，LISA可对δα施加严格约束，且偏心率增大可强化该约束。
2026-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Systematics in tests of general relativity using LISA massive black hole binaries
本研究针对LISA观测的大质量黑洞双星，探究气体环境效应和轨道偏心率被忽略时会引发广义相对论检验的虚假偏差，指出建模时纳入这两类因素可降低系统误差、保障参数推断准确性。
2024-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Perturbative Frequency Expansion for Nearly Monochromatic Binary Black Holes Detectable with LISA
本文研究LISA探测近单色双黑洞时频率导数系数的可测量性，扩展了简化Fisher矩阵分析，并探讨了从中提取轨道偏心率和第三体扰动等天体物理信息的途径。
2024-06-19 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA II: Resolved Eccentric Sources and the Gravitational Wave Background
在本系列的第一篇论文中，我们证明了在球状星团中通过动力学相互作用形成的大部分双黑洞（BBH）合并在~10^{-3}-10 ^{-1} Hz的LISA波段具有显著的偏心率。在这项工作中，我们通过LISA和LIGO波段量化这些高偏心双星的演化，并计算合并，偏心人口的随机引力波背景。我们发现，人口的BBH合并之间的三体相遇在他们的集群（约50%的所有集群形成的BBH合并）将有可测量的偏心率为他们的整个生命周期中的LISA带。在三体相遇过程中合并的BBH的数量（约占所有集群形成的BBH合并的5%）将被LIGO检测到，偏心率为e~0.1。动态组装的BBH的引力波背景由于这些系统的高初始偏心率而编码了特征性的颠簸。这个隆起的位置和幅度取决于球状星团的性质。
2018-10-17 astro-ph.HE
Extreme mass ratio inspirals from the Hills mechanism, The eccentricity distribution of Hills EMRIs in LISA
Leiden University（莱顿大学）；Università degli Studi di Trento（特伦托大学）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN - Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究院）
本文研究希格斯机制产生的极端质量比旋近体（EMRIs），通过自洽建模发现其偏心率远低于经典EMRIs，其产生率约为经典EMRI的12%，相关结果对LISA探测及准周期爆发研究有重要意义。
2026-10-12 astro-ph.HE
Bayesian parameter estimation of stellar-mass black-hole binaries with LISA
我们提出了一个贝叶斯参数估计管道测量与LISA的螺旋恒星质量的黑洞二进制文件的属性。我们的策略（i）是基于三个噪声正交LISA数据流的相干分析，（ii）采用准确和计算效率高的后牛顿波形占自旋进动和轨道偏心率，和（iii）依赖于一个嵌套的采样算法的模型证据和后验概率密度函数的计算描述一个二进制的全部17个参数。我们通过分析LISA数据挑战（LDC-1）数据集，包括66个准圆形，自旋对齐的二进制文件的信噪比范围从3到14和合并时间从3000到2年不等，证明了这种方法的性能。我们恢复22二进制信噪比高于8。在$90\%$置信度下，它们的啁啾质量通常优于$0.02 M_\odot$，而天空定位精度范围从1到100平方度。质量比和自旋参数只能对在飞行任务寿命期间合并的源进行约束。此外，我们报告成功恢复的偏心，自旋旋进源的信噪比为15，我们可以测量的偏心率$3\times 10^{-3}$。
2021-11-22 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Detecting hierarchical stellar systems with LISA
有相当一部分恒星是由三个或更多的组成部分组成的引力约束等级的成员。几乎所有周期短于三天的低质量双星都是等级系统的一部分。因此，我们预计，激光干涉仪空间天线（LISA）检测到的致密星系双星的很大一部分将是分层的三重或四重系统的成员。在引力波信号中，可以检测到由等级伴星产生的加速度，其外部周期长达100年。对于周期短于或相当于飞行任务寿命的系统，将有可能测量外层轨道的周期和偏心率。LISA对分级恒星系统的观测将提供对恒星演化的深入了解，包括Kozai-Lidov振荡在驱动系统合并中所起的作用。
2018-06-01 astro-ph.HE gr-qc
Detecting gravitational-wave bursts from black hole binaries in the Galactic Center with LISA
本研究针对围绕银河系中心Sgr A*运行的高偏心率恒星质量黑洞双星，提出基于小波分解的无模型LISA引力波暴搜索方法，可有效获取时频特性并以20%误差推断偏心率，为后续贝叶斯推断约束参数空间。
2024-08-19 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Formation Scenarios for GW190521 and Prospects for Decihertz Gravitational-Wave Astronomy with GW190521-Like Binaries
对GW 190521的引力波探测为研究黑洞的质量分布提供了新的视角，也为天体物理形成通道提供了新的约束条件。与独立索赔的GW 190521有显着的合并前偏心率，我们调查这意味着GW 190521一样的二进制文件，动态形成。激光干涉仪空间天线（LISA）也将敏感GW 190521类双星，如果他们是圆形的从一个孤立的形成通道。然而，我们发现，GW 190521样的二进制文件，动态形式可能会跳过LISA带完全。为此，我们模拟GW 190521类似物，动态形成通过后牛顿二元单散射。从这些散射实验中，我们发现，GW 190521样的二进制可能进入LIGO室女座带的显着偏心率建议最近的研究，虽然远低于$e_{\rm 10Hz} \lesssim 0.7$的偏心率。偏心GW 190521类双星进一步激发天体物理学的情况下，一个分贝GW天文台，如更大规模的版本的中带原子引力波干涉传感器（MAGIS）。使用这种分赫兹GW探测器对GW 190521类双星进行合并前观测，将能够将GW 190521类双星的偏心率限制在比单独使用LIGO-Virgo更高的精度。这些偏心率的限制也将提供额外的见解，可能的环境，GW 190521类似的二进制文件的形式。
2021-03-16 astro-ph.HE gr-qc
Identifying Disappearance of a White Dwarf Binary with LISA
本文提出利用LISA监测近单色引力波消失来识别白矮星双星并合，估计十年运行期间观测到此类事件的概率约20%，并合时间精度可达3-10天，有望为多信使天文学研究做出贡献。
2023-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Uncovering a hidden black hole binary from secular eccentricity variations of a tertiary star
研究了近共面系统中太阳型恒星围绕黑洞双星系统的动力学行为。我们提出了一种新的效果，可以促使增长和显着的振荡的偏心率的恒星轨道时，系统遇到的“拱点进动共振”，其中的拱点进动率的外部恒星轨道相匹配的内部BHB。偏心激励要求内双星具有非零偏心率和不等质量，并且甚至可以在非共面的三重双星中产生。我们表明，长期变化的恒星轨道的远心，引起的偏心率的变化，可能是潜在的检测\textit{Gaia}。在激光干涉仪空间天线（LISA）的频带内探测BHB发射引力波是有利的，因此提供了一个独特的，多信使探测银河系中是否存在恒星质量的BHB。
2022-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA I: Eccentric Sources Originating From Relativistic $N$-body Dynamics
我们发现，近一半的所有二元黑洞（BBH）合并动态组装在球状星团具有可测量的偏心率（$e>0.01$）在LISA带（$10^{-2}$ Hz），当广义相对论修正适当地包括在$N$体演化。如果只考虑牛顿引力，偏心LISA源的导出分数明显较低，这解释了为什么最近的研究都大大低估了这一分数。我们的研究结果对于如何使用LISA偏心率在观测上区分BBH形成通道具有重要意义，这是该任务的关键科学目标之一。我们说明，相对较大的人口偏心LISA源报告起源于BBH，合并硬化二进制单相互作用内的球状星团。这些结果表明，使用LISA探测BBH合并的起源是一个光明的前景。
2018-08-22 astro-ph.HE
Neutron Star - White Dwarf Binaries: Probing Formation Pathways and Natal Kicks with LISA
本文利用双星族群合成预测LISA可探测约百个中子星-白矮星双星，并表明其偏心率和啁啾质量分布可用于研究中子星诞生踢动与公共包层演化，同时探讨了射电对应体识别前景。
2024-04-09 astro-ph.HE gr-qc
Observing the inspiral of coalescing massive black hole binaries with LISA in the era of Multi-Messenger Astrophysics
大质量黑洞双星（MBHB）的$10^5 \, \rm M_\odot - 3 \times 10^7 \, \rm M_\odot $合并在低红移星系（$z\le4$）是足够响亮的检测前几周与激光干涉仪空间天线（LISA）合并。这允许我们执行参数估计$on$ $the$ $fly$，即作为在螺旋阶段期间聚结的时间的函数，与计划的LISA保护期的早期警告和电磁信号的搜索相关。在这项工作中，我们研究的演变的天空位置，光度距离，啁啾质量和质量比的不确定性作为合并前的时间的函数。总的来说，具有总内禀质量$\rm M_{\rm tot} = 3 \times 10^5 \, \rm M_\odot$的轻系统的特点是在螺旋过程中比重系统（$\rm M_{\rm tot} = 10^7 \, \rm M_\odot$）具有更小的不确定性。在螺旋的末端，光距、啁啾质量和质量比都受到很好的约束。在天空位置方面，在$z=1$，具有$\rm M_{\rm tot} = 3 \times 10^5 \, \rm M_\odot$的MBHB可以在合并后1个月（1小时）确定位置，中位精度为$\simeq 10^2 \, \rm deg^2 (\simeq 1 \, \rm deg^2)$，而重MBHB的天空位置可以在合并前1小时确定为$10 \, \rm deg^2$。然而，中间值的不确定性随着时间的推移而扩…
2022-11-22 astro-ph.HE gr-qc
The Effect of Distant Encounters on Black Hole Binaries in Globular Clusters: Systematic Increase of In-cluster Mergers in the LISA band
本文首次系统研究了距离弱相互作用对稠密星团中并合双黑洞动力学演化的影响。最近的研究表明，密集的星系团很可能对通过引力波（GW）观测到的BBH合并速率有很大的贡献，并且许多合并将出现在LISA和LIGO灵敏度波段中可测量的显著偏心率。这是非常有趣的，因为离心率可以用来区分不同的天体物理合并通道。然而，所有这些最近的研究都是基于各种蒙特卡罗（MC）技术，只包括强相互作用的动态演化的BBH，而任何二进制一般经历的数量级更多的弱相互作用比强。众所周知，弱相互作用主要导致双星偏心率的变化，这对于BBH意味着弱相互作用可以改变它们的GW螺旋时间，从而改变它们的合并概率。基于这种动机，我们进行MC模拟的BBH演变在密集的集群的影响下，弱和强相互作用。我们发现，包括弱相互作用导致一个显着增加的数目的BBH合并在其集群内，这相应地导致了更多的偏心LISA源。这些初步结果说明了包括弱相互作用的重要性，准确地模拟如何BBH合并在集群中，以及如何将其发射的GW信号与其天体物理环境。
2019-06-17 astro-ph.HE
Eccentric Stellar-mass Binary Black Holes: Population, Detectability, and Waveform Analysis in the LISA and LIGO Era
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；NASA Marshall Space Flight Center（美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）
本文通过模拟本地宇宙中动力学形成的恒星质量偏心双黑洞种群，预测其在LISA和LVK波段的探测率，并分析波形收敛性及对全局拟合的影响。
2026-11-10 astro-ph.HE gr-qc
Inferring Eccentricity of Binary Black Holes from Spin-Orbit Misalignment
Columbia University（哥伦比亚大学）
通过自转-轨道偏移推断双黑洞形成时的偏心率，利用引力波测量约束其形成过程
2025-12-26 astro-ph.HE gr-qc
Space-based Gravitational Wave Observatories Will Be Able to Use Eccentricity to Unveil Stellar-mass Binary Black Hole Formation
本文构建首个含偏心率的天基引力波存档搜索模板库，证明其计算成本虽高但在未来天基天文台时期可行，可约束恒星级双黑洞形成通道。
2024-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole and Neutron Star Binary Mergers in Triple Systems: II. Merger Eccentricity and Spin-Orbit Misalignment
利用三级伴星诱导的Lidov-Kozai振荡研究了黑洞与中子星并合的动力学特征。对于每种类型的二进制（BH-BH和BH-NS），我们探索了广泛的二进制/三重参数，导致二进制合并，并确定偏心率（$e_\mathrm{m}$）和自旋轨道失调角（$θ_\rm {sl}^\rm f$）的分布时，二进制进入LIGO/VIRGO带。我们使用双平均（在两个轨道上）和单平均（在内轨道上）的长期方程，以及N体积分，发展系统与不同层次的水平，包括领先的顺序后牛顿效应，自旋轨道耦合和引力辐射。我们发现对于质量相当的BH-BH双星的合并，大约$7\%$有$e_\mathrm{m}>0.1$，$0.7\%$有$e_{\rm m}>0.9$ .大多数合并在LISA波段有显著的偏心。BH自旋演化和$θ_\rm {sl}^\rm f$与轨道演化和$e_{\rm m}$相关。具有$e_{\rm m} \lesssim 10^{-3}$的合并具有在$90^\circ$附近达到峰值的$θ_\rm {sl}^\rm f$的分布（并且因此有利于投影的二元自旋参数$χ_{\rm eff}\sim 0$），而具有较大$e_{\rm m}$的合并具有更各向同性的自旋轨道失配。对于典型的BH-NS双星，强烈的八元组效应导致更多的合并与不可忽略的$e_\mathrm{m}$（与$\sim 18\%$有$e_\mathrm{m}>0.…
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity evolution of compact binaries and applications to gravitational-wave physics
对来自致密双星的引力波的研究主要集中在准圆周运动上，其基本原理是波的发射使轨道变圆。在这里，我们研究这个结果的一般性，当天体物理环境（例如，吸积盘）或其它基本相互作用。我们的动机是可能的电磁对应物的双黑洞合并和轨道，但也可能使用的偏心率作为吸烟枪的新物理。我们发现：i）辐射机制（包括标量、矢量和引力波）的反作用使轨道运动圆化。ii）相反，环境效应，例如吸积和动力摩擦，会增加双星的离心率。因此，这是辐射机制和环境效应之间的竞争，决定了偏心率的演变。我们研究这种竞争中的绝热方法，包括引力辐射和动力学摩擦力。我们证明了存在一个临界半长轴，在该临界半长轴以下，引力辐射主导运动，系统的偏心率减小。然而，从环境主导阶段继承的偏心率可能是相当大的，特别是可能影响LISA源。我们提供了GW190521类源的例子。
2021-01-11 astro-ph.HE gr-qc physics.space-ph
Equilibrium eccentricity of accreting binaries
使用高分辨率的流体动力学模拟，我们表明，等质量的双星吸积从circumbinary磁盘发展的轨道偏心率的$e \simeq 0.45$，除非他们被初始化的近圆形轨道与$e \lesssim 0.08$，在这种情况下，他们进一步循环。隐含的双峰偏心率分布类似于后AGB恒星双星。近拱点附近的大型吸积尖峰在偏心双星的光变曲线上呈现出一种准周期性的爆发性特征。我们预测，中等质量和大质量黑洞双星在$z \lesssim 10$进入\emph{LISA}带将有可测量的偏心率范围$e \simeq 10^{-3} - 10^{-2}$，如果他们经历了气体驱动的阶段。另一方面，如果GW 190521被气盘驱动进入引力波区，它将以不可检测的偏心率$\sim 10^{-6}$进入LIGO/Virgo波段。
2021-03-04 astro-ph.HE
Parameter Estimation for Stellar-Origin Black Hole Mergers In LISA
本文针对LISA探测恒星起源黑洞双星提出基于小波时频似然函数的贝叶斯参数估计算法，相比频域方法加速数个数量级并支持非平稳噪声处理，有助于区分前身星模型。
2022-12-08 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Stochastic Gravitational Wave Background from Highly-Eccentric Stellar-Mass Binaries in the Milli-hertz Band
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Mani L. Bhaumik Institute for Theoretical Physics, Department of Physics and Astronomy, UCLA（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系马尼·L·巴乌米克理论物理研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Parks Road, Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
本文研究了毫赫兹波段高偏心（e≥0.9）恒星质量双星产生的随机引力波背景，发现其功率谱可能超过LISA仪器噪声，且主要由银河系内源主导，但通过有效搜索策略可将不可分辨噪声降低约两个数量级。
2026-05-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Resonant Capture of Stars by Black Hole Binaries: Extreme Eccentricity Excitation
研究了大质量黑洞双星通过平均运动共振俘获恒星并引发潮汐瓦解事件（TDE）的机制，发现恒星偏心率会被激发至接近1，该电磁对应体有助于未来LISA任务定位引力波事件。
2024-10-16 astro-ph.HE
The effects of Galactic model uncertainties on LISA observations of double neutron stars
利用即将建立的空间引力波天文台LISA观测包含成对中子星的双星，有可能提高我们对中子星物理和双星演化的理解。在这项工作中，我们评估的影响，改变模型的银河系的运动学和恒星形成的历史上的人口预测的双中子星，将被检测到并解决LISA。我们的结论是，这些二进制的空间分布是不敏感的银河系模型的选择，相比，由小样本量引起的随机变化。特别是，对双星星系轨道的耗时计算是不必要的。偏心率和引力波频率的分布，但是，受恒星形成历史的选择。可以用激光干涉仪观测到的偏心率e>0.1的双星，大多数都小于1亿年。我们警告说，LISA观测的不同预测之间的比较需要使用一致的恒星形成历史，银河系的恒星形成历史应该考虑到观察本身的分析。缺乏对银河系模型的强烈依赖意味着LISA对双中子星联星的探测可能会为大质量联星演化提供相对清晰的探测。
2023-02-27 astro-ph.HE
Precession resonances in hierarchical triple systems
本文描述了相对论性三体系统中的一种新的共振现象：岁差共振，它发生在双星的相对论性岁差时标等于远距微扰的周期时。我们发现，与大多数以前的研究假设相反，它可以导致一个指数增加的偏心率的二进制即使相对论性岁差占主导地位的四极微扰。共振可能发生在LISA的观测波段内，也可能改变三分量的偏心率分布。我们讨论的物理共振，表明它主要取决于三个参数。
2022-01-05 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Extreme Mass-Ratio Inspirals in Active Galactic Nucleus Disks: The Role of Circumsingle Disks
本文使用Athena++进行三维流体动力学模拟，研究恒星级黑洞在超大质量黑洞薄吸积盘中的动力学，发现盘迁移速度和偏心率阻尼高度依赖于盘的表面密度梯度及周单星盘的引力作用，对LISA引力波观测具有重要意义。
2025-03-06 astro-ph.HE gr-qc
How to assess the primordial origin of single gravitational-wave events with mass, spin, eccentricity, and deformability measurements
在宇宙早期形成的原始黑洞群，至少可以对目前和未来的引力波干涉仪可探测到的黑洞合并事件的一小部分做出贡献。随着探测次数的不断增加，一个重要的问题是如何区分一个给定的事件是原始的还是天体物理起源的。我们系统地提出了一个全面的和相互关联的鉴别器列表，使我们能够排除，或可能声称，通过测量不同的参数，包括红移，质量，自旋，偏心率和潮汐变形的二元的原始起源。我们估计未来的探测器（如爱因斯坦望远镜和LISA）可以测量这些量的准确性，我们量化了当前干涉仪的每个反射镜的约束能力。我们将此策略应用于GWTC-3目录的紧凑型二进制合并。我们表明，目前的测量不确定性不允许我们得出坚实的结论，个别事件的原始起源，但这可能成为可能与下一代地面探测器。
2022-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Merging Compact Binaries in Hierarchical Triple Systems: Resonant Excitation of Binary Eccentricity
研究了具有三级伴星的致密双星（包括白矮星、中子星和黑洞）的长期动力学。由于内双星（最初的偏心率可以忽略不计）由于引力辐射而经历轨道衰减，它的偏心率可以被来自第三行星的引力强迫所激发。这种激发发生在三重系统通过“拱进共振”时，当内部双星的岁差率，由外部伴星和广义相对论的引力摄动驱动，匹配外部双星的岁差率。偏心激励要求外伴星位于偏心轨道上，内外轨道之间的相互倾角小于$\sim 40^\circ$。来自内双星的引力波（GW）信号可以随着系统通过拱点进动共振的演化而被显著地修改。对于某些系统参数（例如，白矮星双星和棕矮星三等星），当双星发射的引力波在$10^{-4}-10^{-1}$ ~Hz范围（LISA的灵敏度波段）时，就会发生共振。
2017-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves radiated by magnetic galactic binaries and detection by LISA
在未来的激光干涉仪空间天线（LISA）任务中，白矮星和中子星组成的银河系双星系统将成为$10^{-4}-10^{-1}\,\mathrm{Hz}$频带内引力波的主要来源。预计LISA将同时测量超过一万个这样的紧凑星系双星的GWs。对这种信号叠加的分析将是该任务面临的最大挑战之一。目前，在LISA数据码挑战中，每个星系双星都被建模为准单色的GW源。这对应于在2.5后牛顿近似下两个质点的圆周运动。如果这张照片被认为是LSIA将探测到的大多数星系双星的准确描述，那么我们仍然希望观察到具有超越点质量近似的复杂物理特性的偏心系统。在这项工作中，我们研究如何在准圆轨道的高磁性物体的二元系统可能会影响LISA检测到的GW信号的准单色图像。我们表明，偏心率产生额外的频率峰值的谐波的平均运动和磁性是负责移动每个频率峰值的情况下，没有磁性。我们提供了分析估计，并认为如果LISA能够以足够的准确度测量平均运动两倍和三倍的主峰，那么它将能够检测到磁性。
2022-11-25 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Efficient gravitational-wave model for fully-precessing and moderately-eccentric, compact binary inspirals
本文提出了适用于中等偏心率的全进动致密双星旋近引力波模型 EFPE_ME，将主导阶引力波振幅的适用范围扩展至 $e \leq 0.8$，并发现对于 $e_0 > 0.5$ 的系统该模型能有效避免 LISA 参数估计中的系统偏差。
2024-08-28 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Convergence of Fourier-domain templates for inspiraling eccentric compact binaries
空间探测器LISA可以观测到来自恒星质量黑洞双星早期螺旋的引力波，其中一些可能具有显著的偏心率。当前的重力波形模板仅对小轨道速度有效（即，在后牛顿膨胀中）和小初始偏心率$e_0$（“后圆形”膨胀）。我们通常定义$e_0$作为偏心率对应的轨道频率的$5 \text{ mHz}$，我们研究的收敛性能的频域inspiral模板，准确到2PN和顺序$e_0^6$的偏心率。我们计算所谓的“不忠”之间的完整的模板和“减少”模板通过删除一些条款中的定相系列，我们调查的条件下，系统误差是可以忽略不计的统计误差，我们研究的统计误差的收敛特性。通常，由于参数之间的相关性，偏心波形导致比圆形波形更大的统计误差，但是只要我们在定相中包括$e_0^2$阶或更高阶的项，误差估计就不会显著改变。
2019-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Detectability of modulated X-rays from LISA's supermassive black hole mergers
LISA的中心目标之一是探测来自超大质量黑洞合并的引力波。与恒星质量的黑洞合并相反，由于环双星盘的物质吸积到黑洞上，这种事件预计将是丰富的X射线源。合并前的轨道动力学也被认为会通过多普勒增强以准周期的方式调制所产生的X射线发射，并且与来自黑洞螺旋的引力波有简单的相位关系。探测到X射线源将使双星的精确和早期定位成为可能，从而使许多望远镜能够观察到合并的时刻。虽然由于存在许多混淆点源，在相对大的LISA天空定位中识别正确的X射线源将是具有挑战性的，但是准周期调制可以帮助识别。我们探讨了这种想法的实际可行性。我们模拟人口合并超大质量黑洞，他们的检测与LISA和他们的X射线光变曲线使用一个简单的模型。以NASA瞬变天体物理探测器上的X射线望远镜的参数为基础，设计并模拟了一个在LISA仍在观测黑洞内旋时寻找调制X射线源的观测活动。假设一个基准的LISA检测率$10$合并每年在红移接近$3.5$，我们预计一些调制X射线对应物的检测在名义上持续时间的LISA任务。
2019-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Multi-mode black hole spectroscopy
前两次LIGO/Virgo观测运行已经探测到几个黑洞双星合并。未来观测运行中最令人兴奋的前景之一是通过测量它们的（复）准正常模式频率来识别这些合并的残余物作为克尔黑洞的可能性。这种想法--类似于通过谱线识别原子元素--有时被称为“黑洞光谱学”。第三代地球探测器和天基干涉仪LISA可以测量辐射的不同多极分量的多条谱线，从而在质量上更好地检验克尔假设。在本文中，我们量化的红移出的各种模式将是可检测的（或相反，在任何给定的红移可检测的模式的数量）作为合并二进制的内在参数的函数。LISA可以检测到如此多的模式，以至于目前的数值相对论模拟不足以从数据中提取所有可用的科学。
2018-09-10 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity signatures in LIGO-Virgo-KAGRA's BNS and NSBH binaries
Syracuse University（雪城大学）
该研究利用LIGO-Virgo-KAGRA的数据，通过新的偏心波形模型分析低质量双星系统的偏心性，发现GW200105有非可忽略偏心性，而其他源则与低偏心性一致。
2025-12-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The Eccentric and Accelerating Stellar Binary Black Hole Mergers in Galactic Nuclei: Observing in Ground and Space Gravitational Wave Observatories
基于GNC方法研究了星系核中的恒星双星黑洞的吸合问题。我们发现，所有新生的BBH的$3-40\%$最终将合并由于各种动力学效应。在为期5年的任务中，aLIGO、Einstein/DECIGO、天琴/LISA/太极的SNR $>8$分别探测到了高达$10^4$、$10^5$、$\sim100$的星系核吸合黑洞。在LISA/太极/天琴和aLIGO中均检测到约10个。这些黑洞具有两个独特的特征：（1）显著的偏心率。$1-3\%$、$2-7\%$或其中的$30-90\%$分别与$e_i>0.1$一起进入aLIGO、爱因斯坦或空间天文台。如此高的偏心率为GW 190521的偏心率提供了可能的解释。在进入aLIGO/Einstein之前，大多数高偏心BBH在LISA/天琴/太极中无法检测到，因为它们的应变仅在$f_{\rm GW}\gtrsim0.1$ Hz处变得显著。DECIGO成为探测这些事件的理想观测站，因为它可以完全覆盖上升阶段。(2)高达$2\%$的BBH可以在距离大质量黑洞（MBH）$\lesssim10^3 r_{\rm SW}$的距离处螺旋/合并，具有显著的加速，使得它们中的$\sim10-10^5$的多普勒相位漂移可以在空间观测站中用SNR $>8$检测到。这些BBH贡献的引力波背景能量密度在$f_{\rm GW}\lesssim 1$ mHz处偏离$2/3$的幂律斜率。这些…
2022-02-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Observability of eccentricity in a population of merging compact binaries
Cardiff University（卡迪夫大学）
研究通过模拟合并紧凑双星群体，发现具有可测量偏心率的双黑洞群体在引力波探测中具有更高的中位数偏心率和信号噪声比。
2025-12-08 astro-ph.HE
Detection of magnetic galactic binaries in quasi-circular orbit with LISA
本文研究 LISA 对准圆轨道磁化银河双星的探测能力，指出偏心双星可能被误判为多个源从而偏差星族研究，并证明在二次谐波信噪比足够时可由准单色源搜索推断系统长期磁能。
2023-04-12 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Parametrized tests of general relativity using eccentric compact binaries
本文提出两种将广义相对论参数化检验推广到偏心双星的方法，分别通过后牛顿阶偏心相位偏差参数和近星点进动速率偏差来约束偏离，并给出LIGO、LISA-CE及DECIGO的预期约束精度。
2024-12-28 astro-ph.HE gr-qc
Identifying galactic binary systems of neutron stars and black holes with LISA
University of Birmingham（伯明翰大学）；Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
该研究针对LISA探测到的约100个银河系双星，利用贝叶斯推断管道，通过测量轨道偏心率等参数，可对其中约10%-50%的黑洞-中子星双星进行分类，为研究银河系天体形成提供新见解。
2026-10-23 astro-ph.HE
Multi-band gravitational wave astronomy: science with joint space- and ground-based observations of black hole binaries
在先进的LIGO（aLIGO）观测到第一个黑洞双星（BHB）GW 150914后不久，人们意识到这样一个巨大的系统在合并前几年就可以在毫赫兹（mHz）波段观测到。激光干涉仪空间天线（LISA）在0.1-100 mHz的频率范围内工作，根据从aLIGO第一次观测运行（O 1）推断的聚结率，它可能探测到多达数千个螺旋形BHB。它们中的绝大多数（那些发射$f<10$ mHz的）在LISA的寿命期间只会经历微小的频率漂移，导致类似于银河系白矮星双星发射的信号。然而，在$f>10$ mHz的情况下，其中几个将扫过LISA波段，最终在aLIGO探测的音频波段中产生响亮的合并。这篇文章回顾了这些新的LISA源的科学潜力，在过去的几个月里，已经在几个方面进行了研究，包括多信使和多波段引力波天文学，BHB天体物理学，重力和宇宙学的替代理论的测试。
2017-02-14 astro-ph.HE gr-qc
Impact of eccentricity on the gravitational wave searches for binary black holes: High mass case
在致密恒星环境中通过动力学相互作用可能形成恒星质量的双星黑洞，这预示着在地面引力波探测器的频带内存在具有不可忽略的偏心率的双星;探测到具有可测量轨道偏心率的双星黑洞合并将验证这种形成通道的存在。目前在LIGO-Virgo数据的匹配滤波引力波搜索中使用的波形模板忽略了偏心率的影响，这预计会降低其检测偏心双星黑洞的效率。与此同时，相干未建模引力波搜索的灵敏度（对信号模型的假设最少）已被证明在很大程度上不受存在的甚至相当大的轨道偏心率的影响。在本文中，我们比较了两个国家的最先进的搜索算法最近使用的LIGO和处女座搜索二元黑洞在第二次观测运行（O2）的性能，量化搜索灵敏度注入数值相对论模拟的inspiral合并振铃偏心波形O2 LIGO数据。我们的研究结果表明，匹配滤波器搜索PyCBC性能优于未建模的搜索cWB的高啁啾质量（$>20 M_{\odot}$）和低偏心率区域（$e_{30 Hz} < 0.3$）的参数空间。另一方面，对于中等偏心率和低啁啾质量，未建模搜索比建模搜索更敏感。
2020-05-28 astro-ph.HE gr-qc
Eccentric or circular? A reanalysis of binary black hole gravitational wave events for orbital eccentricity signatures
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Universität Zürich（苏黎世大学）；Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)（空间科学研究所（加泰罗尼亚高等研究理事会））；Dutch National Institute for Subatomic Physics (Nikhef)（荷兰亚原子物理国家研究所）
该研究重新分析了17个引力波事件，发现其中两个事件存在偏心性特征，通过贝叶斯因子支持偏心假说，强调未来观测中需考虑偏心波形模型以减少参数估计偏差。
2025-04-22 astro-ph.HE 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
Probing AGN jet precession with LISA
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Universitá degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）
本文利用LISA探测双黑洞合并与喷流进动的关系，通过半解析模型分析盘驱动对齐和盘破裂对喷流进动时间尺度的影响。
2024-12-13 astro-ph.HE gr-qc
Revealing the formation of stellar-mass black hole binaries: The need for deci-Hertz gravitational wave observatories
致密恒星质量双星的形成是天体物理学中一个困难但有趣的问题。有两个主要的形成渠道：在现场通过双星演化，或在致密的恒星系统通过动力学相互作用。激光干涉引力波天文台（LIGO）已经通过引力辐射探测到了黑洞双星（BHB）。这些检测为我们提供了有关系统物理参数的信息。有人声称，当激光干涉仪空间天线（LISA）运行时，与LIGO联合观察这些双星将使我们能够推导出导致它们形成的通道。然而，我们表明，在致密的恒星系统中的BHB动力学相互作用可能会导致高偏心率，使一小部分的相对论合并是听不见的LISA。LISA未检测到进入LIGO波段的BHB偏心率的下限约为$0.005$。另一方面，像DECIGO或天琴这样的分赫兹天文台将大大提高联合探测的机会，并揭示这些双星的形成通道。
2017-03-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
