Neutrino emission upper limits with maximum likelihood estimators for joint astrophysical neutrino searches with large sky localizations
自引力波观测时代开始以来,还没有发现高能中微子和引力波事件的联合观测,这些未探测事件可以用来确定单个或一组引力波事件的中微子发射性质的上限。虽然在以往的高能中微子和引力波事件联合搜索中已经找到了上限,但缺乏一致的计算方法。本文所要解决的问题是找到那些局限于天空中的中微子探测器的灵敏度变化显着,也可以发射中微子,如引力波检测不良的天体物理事件的限制。在这里,我们描述的方法分配限制预期中微子计数,排放通量和各向同性等效排放的基础上极大似然估计。然后,我们应用所描述的方法从aLIGO的第一次观测运行(O1)的三个GW检测,并找到他们的上限。
2020-05-07 astro-ph.HE
Inferring Astrophysical Parameters of Core-Collapse Supernovae from their Gravitational-Wave Emission
邻近的核心坍缩超新星(CCSNe)是引力波、中微子和电磁望远镜的强大多信使源,因为它们发射的引力波处于地基探测器的理想频段。一旦CCSN引力波信号被探测到,我们将需要确定信号的参数,并了解这些参数与源的爆炸,祖源和残余物属性的关系。这是一个挑战,因为CCSN爆炸的随机性,这是印在他们的时间序列重力波形。在本文中,我们进行贝叶斯参数估计的CCSN信号使用一个不对称的线调频信号模型来表示占主导地位的高频模式中观察到的CCSN引力波信号的频谱图。我们使用设计灵敏度先进的LIGO噪声和CCSN波形从四个不同的流体动力学超新星模拟与一系列不同的祖星。我们确定如何以及我们的模型可以重建发射模式的时间-频率图像,并显示如何以及我们可以确定的信号参数,如频率,幅度和持续时间。我们展示了我们的信号模型的参数如何使我们能够对原中子星的质量和半径、原中子星的湍流动能以及激波复兴的时间进行约束。
2022-03-03 astro-ph.HE
The astrophysical science case for a decihertz gravitational-wave detector
我们讨论了天体物理学的情况下,一个分赫兹引力波的使命。我们专注于在这个频率范围内进行科学发现的独特机会,包括IA型超新星祖先的探测,在第三体存在下的合并,中等质量的黑洞,大质量黑洞的种子,改进的天空定位,以及跟踪合并紧凑双星的人口。
2017-10-30 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Neutrino oscillations in gravitational fields and astrophysical applications
研究了中微子在各种引力场中的传播和振荡。首先,我们考虑中微子散射的黑洞帐户的中微子自旋进动。然后,我们研究了味中微子在随机引力波中的演化。所获得的结果被认为是天体物理学的应用。
2022-07-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Weak cosmic censorship in gravitational collapse with astrophysical parameter values
天体物理现象中可能存在的对弱宇宙监督假说的违反,可以通过观测提供有关trans-Planckian物理的信息。然而,我们提出了负面的证据,人们不应该期望这样的可能性,至少当偏离球对称是可以忽略不计的参数值的崩溃是天体物理合理的。以Lemaintre-Tolman-Bondi解作为最有可能反驳弱假设的模型,我们证明了坍缩物体的质量($ \gtrsim 1.5 M_\odot $)和密度($ \gtrsim 1.5 \times 10^{15} \; {\rm g/cm^3}$)产生了一个足够强的引力场,可以捕获从奇点发出后不久的任何零射线。
2013-03-08 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave astronomy: astrophysical and cosmological inferences
本文综述了 LIGO-Virgo 前三轮观测的主要引力波源及其形成渠道,提出用环境介质吸积解释双黑洞自旋-质量比相关性,并介绍了脉冲星计时阵列搜寻纳赫兹随机引力波背景的最新进展。
2022-11-06 astro-ph.HE gr-qc
Comparing astrophysical models to gravitational-wave data in the observable space
Università di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学);INFN, Sezione di Milano-Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部);University of Nottingham(诺丁汉大学);LIGO Laboratory, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院LIGO实验室);Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究研究所);Universität Heidelberg(海德堡大学);Gran Sasso Science Institute (GSSI)(格兰萨索科学研究所);INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室)
本文提出在可观测空间中直接比较人口的方法,避免了传统去卷积选择效应的复杂性,从而更准确地验证天体物理模型。
2026-04-13 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical science metrics for next-generation gravitational-wave detectors
第二代引力波探测器正在世界各地建造和调试。探测来自双黑洞的信号开始实现引力波天文学的承诺。在这项工作中,我们研究了几种可能的配置在现有的公里级设施的第三代激光干涉仪。我们提出了一套天体物理动机的指标来评估检测器的性能。我们衡量探测器设计选择对这些指标的影响,提供了一个定量的成本效益分析所产生的科学回报。
2019-05-20 astro-ph.HE gr-qc physics.ins-det
Gravitational waves from extreme-mass-ratio systems in astrophysical environments
我们建立了一个通用的,完全相对论的形式主义来研究球对称,非真空黑洞时空中的极端质量比系统的引力波发射。天体物理学设置的潜在应用范围从黑洞吸积重子物质到那些在轴子云和暗物质环境中,允许评估银河系势的影响,吸积,引力拖曳和晕反馈对引力波的产生和传播。我们将我们的方法应用于物质晕内的黑洞。我们发现流体模式赋予的引力波信号(黑洞基本模式不稳定性的明确证据)和诱人的可能性,推断星系的引力波测量灵敏,低频探测器的属性。
2022-11-21 astro-ph.HE gr-qc physics.flu-dyn
Astrophysical Explosions: From Solar Flares to Cosmic Gamma-ray Bursts
天体物理学的爆炸是由磁、引力或热核能量在动力学时间尺度上的释放引起的,通常是系统的声音穿越时间。这些爆炸包括太阳和恒星耀斑、吸积盘中的爆发现象、白矮星和中子星表面的热核燃烧、中子星中的剧烈磁重联、热核和引力坍缩超新星以及宇宙伽马射线暴,每一种都代表不同类型和数量的能量释放。本文总结了这些爆炸的性质,并介绍了热核爆炸和扩展的星周介质爆炸的最新研究。地球爆炸研究与天体物理学爆炸研究,特别是从爆燃到爆炸的物理学研究之间存在着相似之处。关键词:中子星,黑洞,超新星,伽马射线暴,爆燃,爆炸。
2011-11-23 astro-ph.HE
Shot noise in the astrophysical gravitational-wave background
通过对星系分布和致密双星合并事件率的有限采样,我们计算了天体物理学引力波背景各向异性引起的噪声。这种散粒噪声导致角功率谱$C_\ell$中的尺度不变偏置项,为此我们推导出一个简单的解析表达式。我们发现,这种偏见占主导地位的真实宇宙学的功率谱在任何合理的观测方案,只有很长的观测时间和大量的前景源的去除可以恢复的真实功率谱。
2020-01-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Inferring the Astrophysical Population of Gravitational Wave Sources in the Presence of Noise Transients
本研究提出一种贝叶斯推断方法,通过对真实引力波事件与噪声故障(glitches)的源族群进行同时推断,从受污染的目录中提取无偏的天体物理族群约束,并准确估计事件类别与数量。
2023-06-14 astro-ph.HE gr-qc
On the possibility of observable signatures of leptonium from astrophysical sources
我们银河系中Ps的形成被很好地测量,并导致了关于正电子起源的重要而未回答的问题。原则上,从μ轻子和τ轻子,即真μ子和真τ子,可以形成类似的系统。然而,由于μ和τ轻子固有的短寿命,这些系统形成的概率大大降低。同样,原子的衰变也会因为组成粒子衰变的高概率而加速。然而,如果在高能天体物理环境中产生足够数量的μ和τ对,那么尽管概率很小,但可能会产生大量的真μ和真τ。本文探讨了这种可能性。本文计算了在天体物理环境中,μ轻子和τ轻子在光子-光子湮灭和电子正电子湮没中的对产生谱。我们已经计算了辐射复合和直接湮灭的对的截面,和各种允许的衰变的衰变常数,以及复合和湮灭签名的波长和能量。用这种方法,我们计算出了真μ 鎓和真τ 鎓形成的概率,以及各种可观测特征的分支比。我们估计了微类星体和活动星系核周围的吸积盘以及喷流与云和恒星的相互作用的预期通量。我们发现,在我们自己的银河系恒星质量的黑洞周围的吸积盘应该有可观察到的签名,在X射线和伽马射线的能量,在原则上可观察到与目前的天文台。
2015-05-13 astro-ph.HE hep-ph
Interpreting gravitational-wave burst detections: constraining source properties without astrophysical models
我们发现,对于探测的引力波瞬变,约束可以给出的物理参数的源,而不使用任何特定的天体物理模型。仅仅依靠广义相对论的基本原理,我们就可以仅仅根据观测波形的特征来设定源的大小、质量和距离的上限。如果源的距离是从独立的(例如电磁)观测中得知的,我们也可以设定质量和大小的下限。作为示范,我们测试了这些约束的二进制黑洞信号观测的LIGO和处女座探测器在其第一次和第二次观测运行,以及模拟的二进制黑洞和核心塌陷超新星信号重建模拟探测器数据。我们已经发现,我们的约束条件是有效的所有分析的源类型,但它们的效率(即,有多远,他们是从真正的参数值)强烈依赖于源类型,范围从在同一数量级的几个数量级的差异。在引力波信号在没有波形模板的情况下重建,并且没有关于源的天体物理模型可用的情况下,这些约束提供了可以指导天体物理建模过程的源的唯一定量表征。
2020-04-28 astro-ph.HE gr-qc
A Mock Data and Science Challenge for Detecting an Astrophysical Stochastic Gravitational-Wave Background with Advanced LIGO and Advanced Virgo
这次模拟数据和科学挑战的目的是为第二代引力波实验高级LIGO-Virgo寻找天体物理起源的随机引力波背景信号做好数据分析和科学解释的准备。在这里,我们提出了一系列的信号和数据的挑战,越来越复杂,其目的是测试当前的数据分析管道在检测天体物理产生的引力波背景,测试参数估计方法和解释结果的能力。我们介绍了这些模拟数据集,其中包括一个现实的观察场景数据集,我们占先进的探测器,因为他们不断升级到他们的设计灵敏度的不同灵敏度的生产。在用标准的各向同性互相关管道分析这些之后,我们发现,对于所有的数据集,我们能够将注入的引力波背景能量密度恢复到$2σ$内,并且呈现来自参数估计的结果。模拟数据和科学挑战的结果表明,先进的LIGO和Virgo将准备就绪,并能够在先进探测器运行的几年内探测天体物理引力波背景,因为紧凑的二元合并事件的速率足够高。
2015-06-22 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Gravitational Lensing of Gravitational Waves from Astrophysical Sources: Theory, Detection, and Applications
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学天文学与空间科学学院)
本文探讨引力波透镜效应的理论、探测方法及应用,分析其在宇宙学和基础物理中的潜力。
2026-05-16 astro-ph.HE gr-qc
Higgs mass from cosmological and astrophysical measurements
为了对普朗克和大型强子对撞机实验即将观测到的结果进行强有力的解释,必须了解非最小耦合希格斯标量场的暴胀动力学如何影响暴胀观测量的简并性。通过将Higgs暴胀势直接拟合到WMAP 5 +BAO+SN数据中,我们约束了暴胀观测量和观测暴胀过程中的希格斯玻色子质量.在95%CL下,我们得到顶夸克质量中心值为143.73+14.97/-6.31GeV的Higgs质量。我们还表明,由非最小耦合标量场驱动的暴胀导致显着的变化时,与标准的暴胀类似的限制相比,暴胀参数。
2009-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Astrophysical Prior Information and Gravitational-wave Parameter Estimation
探测到引力波的电磁对应物对许多科学问题的研究有很大的希望。长期以来,人们一直希望,除了提供关于这些信号来源的额外的非引力信息外,对电磁信号和引力波的检测可以帮助分析引力信号本身。也就是说,双星的天空位置、倾角和红移的知识可以打破这些外在的、依赖于坐标的参数和双星固有的物理参数(如质量和自旋)之间的简并。在本文中,我们调查这个问题,假设一个完美的知识的外部参数,并评估这种知识对我们的能力,以提取内部参数的最大影响。然而,我们发现只有适度的改善,在几个参数-即主要组件的自旋-并得出结论,即使在最好的情况下,使用额外的信息,从电磁观测并没有改善测量的内在参数显着。
2017-01-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Flavor ratios of astrophysical neutrinos interacting with stochastic gravitational waves having arbitrary spectra
研究了固定质量中微子与随机引力波相互作用系统的演化和振荡。这些GW的能谱是高斯的,振幅的相关器是任意的。在这种情况下,我们导出了味中微子的密度矩阵方程。在两种近似下,该方程可以解析求解。在三种中微子味的一般情况下,我们找到了密度矩阵的数值解。我们考虑合并二进制黑洞作为源的随机GW与现实的光谱。正常和倒置的质量排序进行了分析。讨论了主要由超大质量黑洞发射的随机引力波中中微子流的弛豫。在这种情况下,我们得到的能量范围和传播长度的弛豫过程是最有效的。讨论了我们的结果在天体物理中微子流观测中的应用。
2020-12-11 astro-ph.HE hep-ph
Time-dependence of the astrophysical stochastic gravitational wave background
天体物理随机引力波背景(SGWB)主要产生于未解决的恒星双星合并,在任何时刻的事件的数量预计是泊松分布。事件发生率由几个天体物理过程控制。泊松性质导致源的数量变化,这导致SGWB的时间变化。SGWB的内在时间波动是天体物理信息的丰富来源,可以通过正在进行的和未来的引力波实验进行探索,以分类SGWB信号的来源。连同估计来自各个源的GW事件率的若干其他方法,对SGWB信号的时间变化的研究提供了用于估计对SGWB有贡献的GW源的事件率的独立方法。随着事件率的直接估计,这种方法也可以区分不同的来源,有助于SGWB信号,将是一个有用的探测其演变在一个巨大的宇宙体积。在对观察时间进行平均时,SGWB在时间平移下将是统计不变的。SGWB的统计时间平移对称性是预期的,因为在收集数据的观测时间尺度上,相关的宇宙学和天体物理学现象的演化可以忽略不计。
2020-04-21 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
One to many: comparing single gravitational-wave events to astrophysical populations
本文提出用两个模拟族群间的后验几率替代计数法,以统计一致地比较单个引力波事件与族群,并纳入观测偏差,应用于多个事件以评估模型偏好。
2023-09-06 astro-ph.HE gr-qc
Assessing gravitational-wave binary black hole candidates with Bayesian odds
通过贝叶斯模型选择,利用网络中信号的相干性,可以将来自二元黑洞合并的引力波与检测器网络中的噪声瞬态区分开来。我们提出了一个贝叶斯框架计算后验概率的信号是天体物理学的起源,不可知的特定的搜索策略,管道或搜索域的候选人被确定。我们在\textit{identical}假设下将此框架应用于LIGO-Virgo GWTC-1目录GW 190412中报告的所有事件以及其他作者通过独立搜索管道报告的众多候选事件。除了GW 170818之外,我们发现所有GWTC-1候选者和GW 190412都有压倒性的优势支持天体物理学假设,包括GW 170729,它被GWTC-1中使用的不同搜索管道分配了显着不同的天体物理学概率。GW 170818实际上是一个单探测器触发器,因此,在我们的框架中,它被认为是由天体物理源产生的,这并不奇怪。我们发现\textit{three}额外的事件候选者,GW 170121,GW 170425和GW 170727,有显着的支持天体物理学的假设,与概率的信号是天体物理学的起源分别为0.53,0.74和0.64。我们进行了一个分层的人口研究,其中包括这三个事件,除了在GWTC-1报告,发现主要的天体物理结果不受影响。
2020-08-02 astro-ph.HE gr-qc
Possible Astrophysical Observables of Quantum Gravity Effects near Black Holes
最近,量子信息理论应用于黑洞的结果导致了令人困惑的结论,这些结论要么需要放弃等效原理(例如防火墙图像),要么需要放弃无毛定理(例如模糊球图像),或者甚至需要放弃更令人不快的选择。最近发现的一颗绕黑洞运行的脉冲星为检验引力理论开辟了新的可能性。我们研究了半经典量子引力在黑洞附近可能的观测效应,如探测的耀斑和事件视界望远镜成像。脉冲星辐射的波长仅比霍金辐射短两个数量级,因此,对脉冲星图像的精确干涉测量可以揭示量子引力过程以及霍金辐射与黑洞附近时空的相互作用。本文讨论了调制指数对脉冲星辐射干涉图的影响,并讨论了BHC可能的经典极限。
2014-01-03 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Stochastic gravitational-wave background as a tool to investigate multi-channel astrophysical and primordial black-hole mergers
合并的二元黑洞的形成可以通过多个天体物理通道发生,例如,孤立的二元进化和动力学形成,或者,有一个原始的起源。越来越大的双黑洞合并的引力波目录允许不同的理论预测之间的第一个模型选择研究,以限制他们的一些模型的不确定性和分支比。在这项工作中,我们将展示如何添加一个额外的和独立的约束模型选择使用随机引力波背景。与模型选择分析相比,模型选择分析的鉴别能力仅限于引力波探测器视界(目前LIGO-Virgo的红移为$z\lesssim 1$),随机引力波背景解释了宇宙中所有引力波信号的红移积分。作为一个工作的例子,我们认为分支比的结果,从模型选择研究,包括潜在的贡献,从天体物理和原始渠道。我们重新归一化的相对贡献,每个通道的检测事件率计算总的随机引力波背景能量密度。预测的振幅低于LIGO-Virgo目前对GWTC-2的观测上限,这表明模型选择分析的结果不受当前背景限制的影响。此外,给定一组人口模型和推断的分支比,我们发现,即使预测的背景不会被当前一代的引力波探测器探测到,它将被第三代探测器,如爱因斯坦望远镜和天基探测器,如LISA。
2021-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Compact Binary Coalescences in the Band of Ground-based Gravitational-Wave Detectors
随着地面引力波望远镜LIGO,Virgo和GEO 600接近第一次探测的时代,我们回顾了合并中子星和黑洞双星的合并率和质量和自旋分布的现有知识。我们强调引力波天文学和传统天体物理学之间的双向联系。天体物理学的投入将使人们有可能就最佳探测器配置和搜索技术作出明智的决定。与此同时,速率上限、探测到的合并速率以及引力波搜索测量的质量和自旋分布将通过与天体物理模型的比较来约束天体物理参数。未来的发展必要的引力波天文学的成功进行了讨论。
2010-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Can we distinguish astrophysical from primordial black holes via the stochastic gravitational wave background?
区分天体物理学黑洞和原始黑洞的关键窗口之一是通过它们各自合并速率的红移演化。天体物理学起源的低红移黑洞人口预计将遵循恒星形成率。它们的合并率峰值的红移小于恒星形成率峰值($z_p \approx 2$),这取决于黑洞形成和合并之间的时间延迟。原始起源的黑洞将在恒星形成之前就存在,并且这些源在高红移时的合并率将会很大。我们提出了一个联合估计的混合合并率从随机引力波背景,它可以使用合并率的宇宙历史来区分两个人口的黑洞。利用LIGO/Virgo第三次观测的随机引力波背景振幅的最新界,我们得到了$68\%$ C. L.对原始黑洞合并速率指数$2.56_{-1.76}^{+1.64}$和天体物理黑洞时间延迟$6.7_{-4.74}^{+4.22}$ Gyr.我们应该能够区分不同的黑洞群体与即将到来的O 5和A+探测器的灵敏度。
2021-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Modeling maximum astrophysical gravitational recoil velocities
我们测量的反冲速度作为自旋的函数的等质量,高自旋的黑洞双星,自旋在轨道平面,大小相等,方向相反。我们证实了首阶效应在自旋和自旋方向与入轨方向夹角的余弦上是线性的。我们发现高阶修正与这个角度的自旋和余弦的奇次方成正比。考虑到这些修正,我们预测最大后坐力为3680 ± 130 km/s。
2010-11-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Frequency-Domain Distribution of Astrophysical Gravitational-Wave Backgrounds
针对离散天体物理源形成的随机引力波背景,本研究提出傅里叶空间方法计算其频域分布,推导相关分布特征并验证致密星并合信号的幂律拖尾,明确亮源扣除对噪声的高斯化效果,结论可推广至同类离散相干源引力波背景。
2024-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Neutrino Flavor Transition Mechanism with Ultra High Energy Astrophysical Neutrinos
超高能天体物理中微子的观测和鉴别已被提议用于未来的中微子望远镜。在地球上观测到的天体物理中微子的味比取决于源的初始味比和这些中微子在传播过程中发生的味转变。我们的模型无关的参数化的味道过渡机制进行了很好的分类。在我们的模型无关参数化框架下,我们发现一个新的参数R= ε_e/(ε_μ + ε_τ)可以直接探测味跃迁,而不需要v_μ-v_τ对称性的假设。一些口味过渡模型来测试我们的参数化与这个新的观察。通过我们的模型无关的参数化,讨论了新的可观察性对味转换机制的观察约束。
2013-08-30 astro-ph.HE hep-ph
The Astrophysical Gravitational Wave Background in the mHz band is likely dominated by White Dwarf binaries
本研究更新了河外白矮星双星模型,发现其产生的引力波背景振幅比早期估计高约60%,并确认白矮星双星在mHz频段占主导地位。
2024-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Consistent eccentricities for gravitational wave astronomy: Resolving discrepancies between astrophysical simulations and waveform models
本文揭示了天体物理模拟与引力波波形模型中偏心率定义因参考频率不同而不一致的问题,提出基于后牛顿理论和主导模式频率的统一计算方案,并发现高偏心率下存在显著差异,呼吁比较时需谨慎。
2024-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Fortifying gravitational-wave tests of general relativity against astrophysical assumptions
针对引力波检验广义相对论受天体物理假设影响的问题,提出同时推断天体物理种群的框架,利用LIGO-Virgo-KAGRA第三次观测数据,加强约束并提高与广义相对论的一致性。
2023-12-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Gravitational Waves Bounds in Brane-Worlds
本文致力于研究一种天体物理学方法,以获得额外维度产生的新动力学以及膜张力的界限。利用非局域效应为零的膜上的修正Einstein方程,研究了由两颗中子星组成的双星系统中由引力波修正的辐射功率和由膜修正的恒星周期的贡献.最后,我们提出了两个较低的能量界限,使用这些天体物理方法。
2014-03-06 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational lensing beyond geometric optics: I. Formalism and observables
几何光学定律及其修正推导标量,电磁波,和引力波在一般弯曲时空中传播。局部剥离型的结果,其中不同的组成部分的高频领域的规模与不同的权力,他们的频率。此外,有限频率校正确定了一些守恒定律和观测。在这些观测量中有场的能量和动量密度,以及几个修正后的“传播方向”的候选者。"
2019-01-05 astro-ph.HE gr-qc
On the Solution to the "Frozen Star" Paradox, Nature of Astrophysical Black Holes, non-Existence of Gravitational Singularity in the Physical Universe and Applicability of the Birkhoff's Theorem
Oppenheimer和Snyder在1939年发现真空中的引力坍缩产生了一颗“冰冻星”,即,坍缩的物质只是渐近地接近质量的引力半径(事件视界),但对于外部观察者来说,在有限的时间内从未穿过它。基于我们最近发表的关于外部观测者在物理宇宙中的引力坍缩问题的文章,本文报道了以下结果:(1)物质确实可以在有限时间内落过事件视界,因此物理宇宙中的黑洞不是“冻结星”而是在引力坍缩中形成的。(2)落入天体物理学黑洞的物质永远不可能到达确切的中心;物质的确切内部分布取决于坍缩过程的历史。因此,引力奇点在物理宇宙中并不存在。(3)任何半径处的度量都由物质的全球分布决定,即,不仅是在给定半径内的物质,甚至在球对称和无压的引力系统中。这与牛顿引力理论和对Birkhoff定理的一般理解有着本质的区别。对于外部观察者来说,这个结果并不符合“Lemaitre-Tolman-Bondi”解。
2010-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: The impact of black hole distributions
我们使用人口推断探索的影响,在双黑洞(BBH)的分布的不确定性上的天体物理引力波背景(AGWB)。我们的研究结果表明,AGWB谱是敏感的BBH人口的性质(特别是当地的合并率),而各向异性的$C_\ell$频谱仅修改到百分之几,在一个水平,这是微不足道的相比,其他来源的不确定性(如宇宙方差)。这对AGWB未来的观测研究来说是非常有希望的消息,因为它表明:(i)在整个宇宙历史中,可以将ESTA用作紧凑物体种群的新探测器,补充LIGO和Virgo的直接观测;(ii)即使对黑洞种群只有非常近似的了解,我们也能够对$C_\ell$光谱做出令人惊讶的稳健预测。因此,AGWB各向异性具有巨大的潜力,可以作为宇宙大尺度结构的新探测器,以及一般的晚期宇宙学。
2019-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave tails and memory effect for mergers in astrophysical environments
本文研究天体物理环境对致密天体并合后引力波尾迹与线性记忆效应的影响,发现环境可引入振幅变化等瞬态特征,但记忆效应本身和晚期衰减不依赖环境性质。
2025-08-27 astro-ph.HE gr-qc physics.space-ph
Detection of astrophysical gravitational wave sources by TianQin and LISA
本文利用Fisher Matrix分析比较TianQin、LISA单独及联合探测多种低频引力波源的距离与参数测量精度,阐明联合探测及二者互补的价值。
2023-12-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Compact Binary Coalescences: Astrophysical Processes and Lessons Learned
2016年2月11日,LIGO和Virgo科学合作宣布首次直接探测到引力波,这是LIGO干涉仪在2015年9月14日捕获的信号,由两个恒星质量的黑洞合并产生。这一发现标志着一种全新的研究宇宙的方法的开始。LIGO、Virgo和KAGRA的最新引力波目录使引力波事件总数达到90个,预计在未来几年内,当更多的地面和空间干涉仪投入使用时,这一数字将显著增加。从理论的角度来看,我们对探测到的事件来自哪里只有模糊的想法,并且对于致密双星合并的天体物理学的五个W和How中的大多数的答案仍然是未知的。在这项工作中,我们回顾了我们目前的知识和不确定性的天体物理过程背后合并致密天体二进制文件。此外,我们讨论了通过最新的引力波探测所学到的天体物理学经验教训,特别注意来自特殊事件的理论挑战(例如,GW190521和GW190814)。
2022-06-30 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
The most powerful astrophysical events: Gravitational-wave peak luminosity of binary black holes as predicted by numerical relativity
在一个短暂的时刻,双黑洞(BBH)合并可能是可见宇宙中最强大的天体物理事件。在这里,我们提出了一个模型适合于这个引力波峰值亮度的非旋进准圆BBH系统的质量和组件黑洞的自旋的函数,基于数值相对论(NR)模拟和层次拟合方法介绍了X。Jiménez-Forteza等人[Phys. Rev. D 95,064024(2017),arXiv:1611.00332]。这种拟合在精度和参数空间覆盖率方面优于以前的结果,并且可以用于推断未来天体物理信号(如GW 150914和GW 151226)的峰值亮度的后验分布。该模型被校准为l<=6模式的378 nonprecessing NR模拟高达18的质量比和无量纲自旋幅度高达0.995,并包括不等自旋的影响。我们还限制适合大质量比的微扰数值结果。研究NR峰值光度不确定性的关键因素,如(i)模式选择,(ii)有限分辨率,(iii)有限提取半径,以及(iv)将NR波形转换为光度的不同方法,使我们能够使用来自四个不同代码的NR模拟作为均匀校准集。这项研究的系统适合结合NR和大质量比的数据,包括更高的模式,也铺平了道路,改进的吸气合并振铃波形模型。
2017-07-18 astro-ph.HE gr-qc
False Alarm Rates in Detecting Gravitational Wave Lensing from Astrophysical Coincidences: Insights with Model-Independent Technique GLANCE
Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所)
研究通过GLANCE技术分析引力波源属性对误报率的影响,发现约0.01%的事件可能被错误分类为透镜事件,探讨了未来下一代引力波探测器的应用前景。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Enabling high confidence detections of gravitational-wave bursts
随着先进的LIGO和Virgo探测器的观测,引力波的探测有望在未来几年内完成。从引力波探测中提取天体物理信息是一个适定的问题,当波形的详细模型可用时,将对其进行深入研究。然而,引力波天文学领域的一个动机是新发现的潜力。识别和表征意外信号需要不依赖于重力波形的理论预测的数据分析技术。过去对短持续时间未建模的引力波信号的搜索一直受到探测器中瞬态噪声伪影或“毛刺”的阻碍。在某些情况下,即使是高信噪比的模拟天体物理信号也很难与毛刺区分开来,因此基本上任何看似合理的信号都可以在最多2-3 $σ$水平的置信度下被检测到。我们提出了贝叶斯波算法来区分一般的引力波瞬变和毛刺,并提供强大的波形重建和表征的天体物理信号。在这里,我们研究贝叶斯波的能力,拒绝毛刺,同时分配高的信心,通过分析近似贝叶斯证据的检测候选人。通过将模拟的引力波瞬态信号加入到2009 - 2010年的LIGO数据中,对分析结果进行了验证,发现两者吻合较好。
2015-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Limits of Astrophysics with Gravitational-Wave Backgrounds
最近的高级LIGO对双星黑洞GW 150914的引力波的探测表明,宇宙中存在着大量的并合双星黑洞。虽然大多数距离太远,无法被先进的探测器单独分辨,但来自许多无法分辨的双星的引力波的叠加预计将创造一个天体物理随机背景。LIGO和Virgo合作的最新结果表明,这种天体物理背景是高级LIGO可以达到的。原则上,双星黑洞背景编码了有趣的天体物理性质,例如遥远双星的质量分布和红移分布。然而,我们表明,这些信息将难以提取与先进的探测器的当前配置(并使用当前的数据分析工具)。此外,双黑洞背景也构成了一个前景,限制了先进探测器观察其他有趣的随机背景信号的能力,例如来自宇宙弦或早期宇宙中的相变。我们量化了这种影响。
2016-08-15 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave detection without boot straps: a Bayesian approach
为了将天体物理引力波信号从仪器噪声中分离出来,这些噪声通常包含瞬态非高斯伪影,天文学家传统上依赖于自举方法,如时间幻灯片。Bootstrap方法通过替换抽样,比较单个观测站的数据来构建背景分布,该背景分布用于为候选信号分配虚警概率。虽然自举方法在建立第一个引力波探测中发挥了重要作用,但也有局限性。首先,随着探测数量的增加,当我们知道数据中充满了天体物理信号时,将单个观测站的数据视为自举估计的噪声越来越没有意义,有些是解决的,有些是未解决的。第二,十年前就已经知道,由于饱和效应,时间幻灯片的背景估计最终会崩溃,产生不正确的显著性估计。第三,虚警概率不能用于加权候选显著性,例如当对一组候选执行总体推断时。鉴于最近关于勉强解决的引力波探测声明的争论,重要性问题具有实际后果。我们提出了一个贝叶斯框架,用于计算信号是天体物理起源与仪器噪声的几率,而无需自举噪声估计。我们展示了天体物理学的几率如何安全地适应小故障。我们认为这是统计上最优的。我们用模拟噪声演示了该方法,并提供了一些例子来建立这种新的显着性方法的直觉。
2019-09-30 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity Distribution for Dynamical Gravitational-Wave Merger Channels in The Pinhole Regime
Institute for Advanced Study(高等研究院);University of Cambridge(剑桥大学);Gonville & Caius College(贡维尔与凯斯学院);Princeton University(普林斯顿大学);Cardiff University(卡迪夫大学);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)
研究发现动态引力波合并通道在高偏心率极限下会产生共同的偏心率分布,为理论研究和引力波源搜索提供重要启示。
2026-11-03 astro-ph.HE gr-qc
Significant challenges for astrophysical inference with next-generation gravitational-wave observatories
本文指出下一代引力波天文台的高信噪比长时BNS信号因地球自转、干涉仪自由光谱范围效应复杂度剧增,现有数据压缩方法失效,16Hz以下关键频段的推断计算不可行,并探讨了解决方向。
2025-03-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Impact of astrophysical binary coalescence timescales on the rate of lensed gravitational wave events
在红移$z\geq 1$处,透镜化的引力波源的预期事件率与合并率成比例,其中透镜化的光学深度很高。通常认为天体物理致密天体的合并速率与恒星形成速率密切相关,恒星形成速率在红移$z\sim 2$附近达到峰值。然而,不确定性的一个主要来源是致密物体形成和合并之间的延迟时间。我们探讨了延迟时间对透镜事件发生率的影响。结果表明,随着延迟时间的增加,引力波源合并率的峰值被推迟到一个较低的红移。这导致可由引力波探测器探测的透镜事件的事件率降低。我们表明,延迟时间约为$10$陀螺仪或更大,透镜事件率可以小于每年一个LIGO/处女座的设计灵敏度。我们还估计了不同延迟时间场景的透镜亚阈值的合并率,发现对于较大的延迟时间,透镜亚阈值事件的数量减少,而对于小延迟时间模型,它们显着更频繁。该分析首次表明,透镜是一个互补的探针,探索不同的形成渠道的二元系统,利用透镜事件率从良好的检测事件和亚阈值事件,这是可测量的使用引力波探测器网络。
2021-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A new method to distinguish gravitational-wave signals from detector noise transients with Gravity Spy
本文提出一种基于Gravity Spy分类模型重构的新方法,用于区分引力波信号与探测器噪声瞬变,在O3b数据中正确分类75%的撤回候选事件为噪声,并100%识别真实天体物理信号。
2024-02-05 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Characterizing Astrophysical Binary Neutron Stars with Gravitational Waves
合并的双中子星被认为主要是通过孤立的双演化形成的。在这个标准的形成场景中,第一个出生的中子星经历了一个再循环过程,并且可能在最后的螺旋中快速旋转,而第二个出生的恒星预计在合并时实际上是零自旋。基于这一特点,我们提出了一个新的框架,从他们的引力波发射观测的天体物理特征的中子星。我们进一步提出了一个先验的回收中子星,形状参数为2和尺度参数为0.012的伽玛分布的无量纲自旋,外推从银河系双中子星的射电脉冲星观测。解释GW170817和GW190425的背景下,标准的形成方案,并采用伽玛分布先验,我们发现积极的支持(贝叶斯因子为6,在非自旋假设)旋转回收中子星GW190425,而自旋的回收中子星GW170817是小的,与我们的先验一致。我们测量了GW170817和GW190425中回收(慢)中子星的质量分别为$1.34_{-0.09}^{+0.12}$ $(1.38_{-0.11}^{+0.11})$ $M_{\odot}$和$1.64_{-0.11}^{+0.13}$ $(1.66_{-0.12}^{+0.12})$ $M_{\odot}$,具有$68\%$的可信度。我们讨论了这两个事件的天体物理起源的影响,并概述了未来的前景,研究二元中子星使用我们的框架。
2020-10-08 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Gravitational memory meets astrophysical environments: exploring a new frontier through osculations
Indian Institute of Technology, Gandhinagar(印度理工学院甘地纳加尔分校);Indian Institute of Technology, Kharagpur(印度理工学院卡拉格普尔分校);Tsinghua University(清华大学)
研究暗物质环境对引力记忆的影响,通过计算不同环境下的记忆波形,探讨其对信号检测和参数估计的意义。
2026-08-25 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Probing spacetime noncommutative constant via charged astrophysical black hole lensing
研究了时空非对易参数对非对易Reissner-Nordström黑洞时空中强场引力透镜的影响。假设银河系中心超大质量天体的引力场用这个度规描述,我们估计了强引力透镜的系数和观测量的数值。结果表明,随着参数$\sqrt{\vartheta}$的增大,观测量$θ_{\infty}$和$r_m$减小,观测量$s$增大.我们的结果还表明:i)当$\sqrt{\vartheta}$强时,观测量接近于非对易Schwarzschild黑洞透镜的观测量,ii)当$\sqrt{\vartheta}$弱时,观测量接近于对易Reissner-Nordström黑洞透镜的观测量; iii)非对易Reissner-Nordström黑洞透镜中$\vartheta$的可探测范围是$0.12\leq\sqrt{\vartheta}\leq0.26$,它比非对易Schwarzschild黑洞透镜$0.18\leq\sqrt{\vartheta}\leq0.26$中的宽。这为将来利用天文仪器探测时空非对易常数$\vartheta$提供了一条途径。
2011-08-30 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Searching for cosmological stochastic backgrounds by notching out resolvable compact binary foregrounds with next-generation gravitational-wave detectors
本文研究下一代地面引力波探测器中宇宙学随机背景的搜寻问题,提出在考虑参数估计不确定性条件下利用时频域陷波移除可分辨致密双星前景,发现该方法可将前景压低至约5%,并指出不可分辨前景才是主要限制。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Searching for a subpopulation of primordial black holes in LIGO/Virgo gravitational-wave data
迄今为止,LIGO/Virgo探测到了几十个双黑洞事件,预计未来几年还会有更多的双黑洞事件,引力波天文学正在从单个事件分析转向群体研究。使用GWTC-2目录,我们进行了分层贝叶斯分析,第一次结合了几个国家的最先进的天体物理形成模型与人口的原始黑洞(PBH)和约束的一个假定的子人口PBH的数据的分数。我们发现,这一部分显着依赖于一套假设的天体物理模型。虽然原始人口统计上有利于某些竞争性的天体物理通道,如球状星团和核星团,一个占主导地位的贡献,从稳定的质量转移孤立的形成通道大大减少了对PBH的需要,除了解释像GW 190521的质量间隙事件的速率。膨胀后形成的黑洞对LIGO/Virgo观测有贡献的诱人可能性只能通过进一步减少天体物理和原始形成模型的不确定性来验证,并且最终可能由第三代干涉仪证实。
2022-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Forecast Analysis of Astrophysical Stochastic Gravitational Wave Background beyond general relativity: A Case Study on Brans-Dicke Gravity
本研究针对Brans-Dicke引力下的天体物理随机引力波背景开展全面分析,通过第三代探测器模拟数据与贝叶斯分析,探究标量背景可探测性及约束引力理论的方法。
2025-06-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc