Modeling gravitational recoil from precessing highly-spinning unequal-mass black-hole binaries
我们测量了不等质量黑洞-双星合并的引力反冲，其中较大的黑洞具有自旋a/m^H=0.8，较小的黑洞不自旋。我们选择我们的配置，使得最初，自旋位于轨道平面上。自旋和轨道平面明显进动，我们发现面外反冲（即垂直于合并周围轨道平面的反冲）随η^2 /（1+q）变化，与我们之前基于后牛顿标度的预测一致。
2009-03-18 astro-ph gr-qc
Spinning, Precessing, Black Hole Binary Spacetime via Asymptotic Matching
我们简要地讨论了一种方法来构建一个整体的，解析的，近似的时空进动，旋转的双黑洞。时空结构被分为三个部分：内区是靠近每个黑洞的时空，用扰动Kerr解近似;近区是远离两个黑洞的时空，用后牛顿度规描述;波（远）区是需要考虑延迟效应的区域，用后闵可夫斯基度规很好地模拟。这些独立的时空然后缝合在一起使用渐近匹配技术，以获得一个全球性的解决方案，近似满足爱因斯坦场方程。根据进动运动方程，通过旋转黑洞的自旋方向引入进动效应，其方式与全球时空结构一致。
2016-08-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Roche problem for stars in precessing orbits around a spinning black hole
本文利用张量维里方程研究绕克尔黑洞倾斜进动轨道上的恒星，发现其在典型天体物理参数下可能发生共振，从而揭示潮汐瓦解极限之前存在一种新的不稳定性。
2024-07-04 astro-ph.HE gr-qc
Resonances of compressible stars in precessing orbits around a spinning black hole
本研究将不可压缩星的新共振结果扩展到多方状态方程恒星，并推导共振增长率公式，以验证流体动力学模拟。
2025-04-24 astro-ph.HE gr-qc
Inspiralling, Non-Precessing, Spinning Black Hole Binary Spacetime via Asymptotic Matching
我们构建了一个新的全球性的，完全解析的，近似的时空，它准确地描述了非进动，旋转黑洞双星的动力学在相对论合并过程的inspiral阶段。真空爱因斯坦方程的这种近似解可以通过将两个黑洞附近的扰动克尔解与远离两个黑洞的有效后牛顿度规渐近匹配来获得。然后，这个度量与波区更远的后闵可夫斯基度量相匹配。渐近匹配的过程被推广到所有的空间超曲面，而不是在以前的工作中讨论的一小群初始超曲面。这个度规非常适合于合并前自旋黑洞双星时空的长期动力学模拟，例如需要数百个双星轨道的环双星气体吸积研究。
2016-03-23 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Interpretable AI forecasting for numerical relativity waveforms of quasi-circular, spinning, non-precessing binary black hole mergers
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）
我们提出了一个深度学习人工智能模型，能够学习和预测描述准圆形，旋转，非旋进二元黑洞合并的数值相对论波形的后期螺旋，合并和振铃。我们使用的NRHybSur3dq8代理模型产生训练，验证和测试集的$\ell=|m|=2$波形，覆盖参数空间的二进制黑洞合并与质量比$q\leq8$和个人自旋$|s^z_{\{1,2\}}| \leq 0.8$。这些波形覆盖时间范围$t\in[-5000\textrm{M}, 130\textrm{M}]$，其中$t=0M$标记合并事件，定义为波形幅度的最大值。我们利用阿贡领导力计算设施的ThetaGPU超级计算机，使用150万个波形的训练集来训练我们的AI模型。我们使用了16个NVIDIA DGX A100节点，每个节点由8个NVIDIA A100 Tensor Core GPU和2个AMD Rome CPU组成，在3.5小时内完全训练了我们的模型。我们的研究结果表明，人工智能可以准确地预测数值相对论波形的动态演化的时间范围$t\in[-100\textrm{M}, 130\textrm{M}]$。对190，000个波形的测试集进行采样，我们发现目标波形和预测波形之间的平均重叠在所考虑的整个参数空间上为$\gtrsim99\%$。我们还将科学可视化和加速计算相结合，以确定我们模型的哪些组件从早期和晚期波形演变中获取知识，以准确预测数值相对论波形的后期部分。…
2022-01-17 astro-ph.IM cs.AI gr-qc
Transition from inspiral to plunge in precessing binaries of spinning black holes
我们研究了自旋黑洞双星的非绝热动力学，通过使用一个完整的辐射-反作用力的分析哈密顿量，包含自旋耦合，这符合已知的准圆轨道上的能量和角动量损失率。我们考虑一个简单的后牛顿扩展的哈密顿量（包括自旋依赖项），和一个版本的有效的单体方法定义的图解后牛顿哈密顿量。我们重点讨论了自旋项对动力学和波形的影响。我们计算了在最后的螺旋和暴跌阶段释放的能量和角动量。对于等质量的双星，当使用更可靠的有效单体动力学时，发现在40 Hz和超过我们的分析处理变得不可靠的频率之间释放的能量为：反对齐的最大自旋黑洞为0.6% M，对齐的最大自旋黑洞为5% M，非自旋配置为1.8% M。为了证实以前的结果，我们发现，对于所考虑的所有双星，无量纲旋转参数J/E^2在螺旋的末端总是小于1，因此克尔黑洞可以在螺旋阶段之后立即形成。通过匹配准正常模式衰荡的最后一个可靠的阶段的暴跌，我们构建完整的波形近似描述的引力波信号发射的整个过程中的旋进双星的旋转黑洞。
2005-08-16 gr-qc
Post-adiabatic self-force waveforms: slowly spinning primary and precessing secondary
National University of Singapore（新加坡国立大学）；University College Dublin（都柏林大学学院）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文扩展了非旋转双星的1PA波形模型，考虑主星缓慢旋转和次星任意预cession自旋，展示了其与数值相对论模拟的高一致性，并公开了改进的1PAT1R波形模型。
2026-04-26 astro-ph.HE gr-qc
Validating the effective-one-body model of spinning, precessing binary black holes against numerical relativity
在文献[1]中，LIGO探测到的第一个引力波GW 150914的性质是通过采用进动双黑洞的有效单体（EOB）模型测量的，其基础动力学和波形被校准到数值相对论（NR）模拟。在这里，我们进行了第一次广泛的比较，这样的EOBNR模型70进动NR波形，跨度质量比从1到5，无量纲自旋幅度高达0.5，通用的自旋方向，约20轨道的长度。我们在观测者的惯性系中工作，并包括引力波偏振中的所有$\ell=2$模式。我们介绍了EOB振铃信号的频谱和发病时间的新处方。当总质量在10 Msun和200 Msun之间时，我们发现当考虑Advanced-LIGO设计噪声曲线时，旋进EOBNR波形对NR波形的不忠实性在3%以内。这一结果是在没有重新校准基础的非旋进EOBNR模型的吸气暴跌。利用EOBNR波形的到达时间和相位、天空位置和极化的最大化来计算不忠实性，并且将其在NR信号的天空位置和极化上平均。我们还提出了NR和EOBNR波形之间的比较，跟踪轨道进动的帧。
2016-07-19 gr-qc
Detection and Parameter Estimation of Gravitational Waves from Compact Binary Inspirals with Analytical Double-Precessing Templates
我们研究了各种分析频域模板的性能，用于探测和参数估计的引力波从自旋进动，准圆形，紧凑的二进制inspirals。我们首先评估在何种程度上非自旋，自旋对齐，和新的（分析，频域，小自旋）双旋频域模板可用于检测信号从这样的系统。对于高于$0.2$的有效无量纲自旋值，使用非自旋或自旋对齐模板进行检测将导致所有事件中最多损失$30%$，而在双进动模型的情况下，这永远不会超过$6%$。此外，即使对于来自具有小自旋的系统的信号，非自旋和自旋对准模板也会在提取的质量和自旋中引入较大的偏差。使用编码自旋诱导的进动效应的模型，例如双进动模型，将质量和自旋提取提高了一个数量级。如果人们希望从引力波信号中提取最大量的信息，那么自旋-轨道相互作用中编码的附加信息是无价的。
2014-05-14 gr-qc
AI ensemble for signal detection of higher order gravitational wave modes of quasi-circular, spinning, non-precessing binary black hole mergers
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；The University of Chicago（芝加哥大学）
本文提出由时空图分类器与迁移学习质量预测器组成的AI集成，利用多探测器数据搜索双黑洞更高阶引力波模式，实现最先进精度且每年仅2次误分类。
2023-12-04 astro-ph.IM cs.AI gr-qc
Post-Newtonian factorized multipolar waveforms for spinning, non-precessing black-hole binaries
本文将Damour、Iyer和Nagar提出的多极波形的因式分解再表示推广到自旋黑洞。对于非自旋的试验粒子在赤道平面内螺旋运动的Kerr黑洞，我们发现，当轨道速度v \leq为0.4时，将剩余相对论振幅f_{l m}用其l次方根ρ_{lm} = f_{l m} ^{1/l}代替的因式多极振幅与数值振幅在直到Kerr自旋值q \leq 0.95的范围内相当一致。数值振幅计算求解Teukolsky方程与频谱代码。在高速条件下，适当地扣除ρ l m中的低阶后牛顿贡献，可以进一步改善Kerr黑洞的大自旋和超快轨道的一致性.在一个更好的和系统的数值和分析振幅（和能量通量）之间的协议比标准的泰勒展开后牛顿近似的remation过程的结果。这对于高阶模尤其如此，例如（2，1）、（3，3）、（3，2）和（4，4），对于这些高阶模，已知较少的自旋后牛顿项。我们也将多极振幅的因式分解再确认推广到一般质量比、非旋进、自旋的黑洞。最后，在我们的研究中，我们采用新的，最近计算的，高阶后牛顿条款在几个次主导模式，并计算显式表达式的一半和一个半后牛顿贡献的奇宇称（电流）和偶宇称（奇）多极子，分别。这些结果可用于为地基和天基引力波探测器建立更准确的模板。
2013-05-09 gr-qc
Numerical relativity higher order gravitational waveforms of eccentric, spinning, non-precessing binary black hole mergers
我们使用开源的，社区驱动的，数值相对论软件，爱因斯坦工具包，研究偏心，旋转，非旋进的二进制黑洞合并与质量比$q=\{2, 4, 6\}$，个别无量纲自旋参数$χ_{1z}=\pm0.6$，$χ_{2z}=\pm0.3$，其中包括高阶引力波模式$\ell\leq4$，除了记忆模式的物理。假设恒星质量的二进制黑洞合并，可以检测到先进的LIGO探测器，我们发现，包括模式高达$\ell=4$增加的信号噪声之间的$3.5\%$到$35\%$的紧凑型二进制文件，相比，只包括$\ell=|m|=2$模式的信号。我们使用两个波形模型，TEOBResumS和SEOBNRE，其中包括自旋和偏心率校正的波形动力学，量化的轨道偏心率的数值相对论目录规范不变的方式，通过拟合因子计算。我们的研究结果表明，包含高阶波模式有一个可测量的影响，在恢复中度和高度偏心黑洞合并，因此，它是必不可少的波形模型和信号处理工具，准确地描述这些天体物理源的物理。
2023-03-21 gr-qc
Detecting gravitational waves from precessing binaries of spinning compact objects. II. Search implementation for low-mass binaries
检测模板族（DTFs）的建立，以捕捉真正的重力波形的基本特征，使用一个小的唯象波形参数集。Buonanno，Chen和Vallisneri [Phys. Rev. D 67，104025（2003）]提出了“BCV 2”DTF，用于对来自紧凑恒星天体的进动双星的信号进行计算有效的搜索。在这里，我们测试的BCV 2 DTF的信号匹配性能的非对称的质量比的二进制文件，特别是双黑洞二进制文件的组件质量（m1，m2）：（6~ 12 Msun，1~ 3 Msun），和黑洞中子星二进制文件的组件质量（m1，m2）=（10 Msun，1.4 Msun），我们采取所有的黑洞最大自旋。我们发现一个令人满意的信号匹配性能，拟合因子平均在0.94和0.98之间。我们还范围出的区域的BCV 2参数需要基于模板的搜索，我们评估的模板匹配度量，我们讨论了模板放置策略，我们估计的模板数量需要在LIGO设计的灵敏度搜索。此外，在获得更多的洞察力的自旋-轨道进动的动力学，我们提出了一个修改的BCV 2 DTF的参数化的物理（而不是唯象）参数。我们测试了这个修改后的“BCV 2 P”DTF（10 Msun，1.4Msun）黑洞-中子星系统，发现与BCV 2 DTF相当的信号匹配性能，以及对目标二元量（如啁啾质量和张开角（黑洞自旋和轨道角动量之间的角度））的可靠参数估计能力。
2005-08-16 gr-qc
Detecting gravitational waves from precessing binaries of spinning compact objects: Adiabatic limit
在准圆轨道上运行的黑洞双星（BH）是第一代地基引力波探测器最有希望的来源之一，其质量为m=5- 20 Msun。到目前为止，数据分析技术的发展，以检测这些来源的GWs主要集中在nonspinning BH。自旋情况下的数据分析问题是复杂的必要性，以模拟岁差引起的调制的GW信号，并通过大量的参数需要表征系统，包括初始方向的自旋，和相对于GW检测器的二进制的位置和方向。在本文中，我们考虑最大自旋黑洞的二进制文件，我们在绝热-inspiral制度中工作，以建立调制检测模板的家庭，（i）是非常少的物理和唯象参数的函数，（ii）模型非常好的动力学和岁差效应对GW信号的影响，平均拟合因子>~ 0.97，但（iii）可能需要增加检测阈值，至少部分抵消了拟合因子的增益。我们的检测模板家庭也是相当有前途的中子星黑洞双星的情况下，平均〜 0.93的拟合因子。对于这些二进制文件，我们还建议（但不测试）进一步的模板家庭，这将产生基本上精确的波形直接写入的物理自旋参数。
2006-07-26 gr-qc
A physical template family for gravitational waves from precessing binaries of spinning compact objects: Application to single-spin binaries
由旋转致密天体的进动双星发射的引力波（GW）的检测是复杂的，需要大量的参数（如自旋的幅度和初始方向，以及双星相对于检测器的位置和方向）来精确地模拟GW信号的进动诱导调制。在本文中，我们描述了一种快速匹配滤波搜索方案的旋进二进制，我们采用的物理模板家庭提出的Buonanno，陈，和Vallisneri [物理。Rev。D 67，104025（2003）]地基干涉仪。这个系列提供了基本上精确的波形，直接用物理参数写出来，用于具有单个显著自旋的双星，并且观察到的GW信号在绝热螺旋上升阶段发射（对于LIGO-I和VIRGO，这对应于总质量M <15 Msun）。我们展示了如何在所有参数上自动最大化检测统计量（包括双星相对于探测器的位置和方向），除了四个（两个质量、单个自旋的大小以及自旋与轨道角动量之间的张角），因此搜索中使用的模板库仅为四维;该技术也与使用星载探测器LISA从极端质量比的螺旋和超大质量黑洞螺旋中搜索GW有关。利用LIGO-I的设计灵敏度，我们计算了10^（-3）/年的虚警概率所需的探测阈值（~10），以及0.97的最小匹配所需的模板数量（~ 76，000），质量范围（m1，m2）=[7，12]Msun*[1，3]Msun。
2006-07-26 gr-qc
Effective-one-body waveforms calibrated to numerical relativity simulations: coalescence of non-precessing, spinning, equal-mass black holes
我们提出了第一次尝试校准的有效单体（EOB）模型，以准确的数值相对论模拟旋转，非旋进黑洞双星。在1000 M的时间间隔内以低频对齐EOB和数值波形，我们首先估计数值波形中的相位和幅度误差，然后通过校准少数EOB可调参数来最小化数值波形和EOB波形之间的差异。在等质量，自旋对齐的情况下，我们发现，数值和EOB（2，2）模式之间的相位和分数振幅差可以减少到0.01弧度和1%，分别在整个inspiral波形。在等质量、自旋反对齐的情况下，这些差异在螺旋和切入期间可以减小到0.13弧度和1%，并且在合并和振铃期间可以减小到0.4弧度和10%。在自旋对齐的情况下，波形一致性在数值误差范围内，而在自旋反对齐的情况下，波形一致性略高于数值误差。使用增强型LIGO和高级LIGO噪声曲线，我们发现EOB和数值（2，2）模式之间的重叠，在初始阶段和到达时间最大化，大于0.999的总质量为30- 200 Ms的二进制文件。除了前导（2，2）模式，我们比较了四个子前导模式。我们发现良好的振幅和频率之间的协议的EOB和数值模式的自旋配置考虑，除了（3，2）模式的自旋反对齐的情况下。我们认为，在（3，2）模式的较大差异是由于缺乏知识的后牛顿自旋效应在更高的模式。
2010-01-26 gr-qc
Gravitational Waveforms for Precessing, Quasi-circular Binaries via Multiple Scale Analysis and Uniform Asymptotics: The Near Spin Alignment Case
我们计算分析重力波形在时域和频域旋进准圆双星与任意大小的自旋，但几乎对齐的轨道角动量。我们首先推导出一个分析解决方案的进动方程扩展的失调角，并使用多尺度分析，以分离的时间尺度。然后，我们使用统一的渐近展开分析傅立叶变换的时域波形，从而延长了固定相位近似，当进动是失败的。所得到的频域波形家族具有高度重叠的数值波形通过直接整合后牛顿运动方程和离散傅立叶变换。这一波形族为在解析引力波形中准确地包含自旋进动效应奠定了基础，从而有助于从旋进双星系统的旋进相位中探测引力波信号并进行参数估计。
2013-05-08 astro-ph.CO gr-qc
Implementing a search for gravitational waves from non-precessing, spinning binary black holes
用LIGO和Virgo从二元黑洞（BBH）中搜索引力波（GW）涉及到对一组代表性信号波形（模板库）进行匹配滤波数据，选择这些信号波形以尽可能少的模板波形覆盖感兴趣的整个信号空间。虽然分量黑洞可能具有显著的角动量（自旋），但之前对BBH的搜索仅使用两个分量自旋均为零的波形过滤了LIGO和Virgo数据。这导致信号的信噪比损失，而不是这种情况。结合最好的模板放置技术和波形模型，我们构建了一个模板库的GW信号从BBH与组件自旋$χ_{1,2}\in [-0.99, 0.99]$对准的轨道角动量，组件质量$m_{1,2}\in [2, 48]\,\mathrm{M}_\odot$，和总质量$M_\mathrm{total} \leq 50\,\mathrm{M}_\odot$。使用自旋效应的有效单体波形，我们表明，由于银行的离散性，这些信号的最大信噪比（SNR）的损失小于$3\%$，使用早期先进的LIGO噪声曲线。我们使用模拟先进的LIGO噪声来比较这个银行的敏感性，覆盖相同的参数空间的非旋转银行。在这样做时，我们考虑改进的SNR和基于信号的否决之间的竞争效应，以及由于覆盖更大的参数空间而导致的对齐自旋库的错误警报率的增加。我们发现，对齐的自旋银行可以是一个因素$1.3$ - $5$更敏感的比一个非自旋银行BBH无量纲自旋$> +0.6$和组件质量$\gtrsim 20\,\mathrm{…
2016-03-31 gr-qc
NuRIA: Numerical Relativity Injection Analysis of spinning binary black hole signals in Advanced LIGO data
引力波（GW）天文学的出现为我们提供了比X射线天文学已知的质量更大的黑洞的观测结果。然而，对中等质量黑洞（IMBH）的观测仍然是一个巨大的挑战。在他们的第二次观测运行之后，LIGO \& Virgo Scientific collaborations（LVC）对非旋进IMBH双星（IMBHB）的合并率密度设定了上限。在这篇文章中，我们探讨了LVC使用的两个搜索管道的灵敏度，从69个数值模拟的IMBHB与通用自旋的信号，其中27个有一个旋进轨道平面。特别是，我们比较匹配滤波器搜索PyCBC，和相干的模型无关的搜索技术cWB。我们发现，在一般情况下，cWB是更敏感的IMBHB比PyCBC，其差异取决于质量和旋转的源。因此，我们使用cWB将第一个上限的合并率的通用旋转IMBH二进制使用公开的数据从第一个先进的LIGO观测运行。
2020-08-22 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Hybrid waveforms for precessing quasi-circular binary systems
Universitat de les Illes Balears, IAC3 – IEEC（巴利阿里群岛大学，IAC3 – IEEC）；Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)（空间科学研究所（ICE，CSIC））；Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦引力研究所））
本文提出了一种构建预cession准圆形二体系统混合波形的方法，通过四极矩对齐框架减少模式混合，提高引力波数据分析的灵活性和准确性。
2025-10-01 gr-qc
Setting the cornerstone for the IMRPhenomX family of models for gravitational waves from compact binaries: The dominant harmonic for non-precessing quasi-circular black holes
在本文中，我们提出了IMRPhenomXAS，IMRPhenomD [1，2]波形模型的彻底检修，它描述了占主导地位的$l=2, \:| m | = 2$球谐模式的非旋进合并黑洞在频域中的分段封闭形式的表达式。改进包括特别是不平等的自旋效应的准确处理，并列入极端的质量比波形。IMRPhenomD之前已经扩展到近似包括自旋进动[3]和次优势球谐函数[4]，并且随着其扩展，它已经成为引力波参数估计的标准工具。IMRPhenomXAS的改进扩展在配套论文中讨论[5，6]。
2020-01-30 astro-ph.CO gr-qc
Addressing the spin question in gravitational-wave searches: Waveform templates for inspiralling compact binaries with nonprecessing spins
本文提出了一个后牛顿（PN）模板家庭的引力波形从吸入紧凑的双星与非旋进的自旋，其中的自旋效应是由一个单一的“约化自旋”参数。这个模板族，它重新参数化的所有自旋相关的PN条款的首阶（1.5 PN）自旋轨道耦合项\emph{in an approximate way}，有很高的重叠（拟合因子> 0.99）与非旋进双星与任意质量比和自旋。我们还证明了这个模板族对于相当大一部分质量相当的自旋双星（m_2/m_1 <~ 10）的探测是“有效的”，为从自旋低质量双星中寻找引力波（GW）提供了一种有吸引力和可行的方法。我们还指出，在相当质量（m_1 ~= m_2）区域，相位演化中的长期（非振荡）自旋相关效应（非旋进模板考虑到的）比旋进的振荡效应更重要。因此，与非旋进旋转模板相比，非旋转模板的有效性在这种情况下特别差。对于高级LIGO观测到的双星中子星，即使是中等自旋（L。S/m^2 ~= 0.015 - 0.1）将导致与非纺丝模板相当大的失配（~ 3% - 25%）。这与中子星自旋可能与GW探测无关的预期相反。
2011-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Nonspinning searches for spinning binaries in ground-based detector data: Amplitude and mismatch predictions in the constant precession cone approximation
目前通过地面引力波探测器进行的紧密双星合并搜索，为了简单起见，假设两个天体不旋转。如果双星包含具有显著自旋的致密物体，那么这可以降低这些搜索的灵敏度，特别是对于黑洞-中子星双星。在本文中，我们调查的影响，忽略岁差的灵敏度搜索自旋二进制使用非自旋波形模型。我们证明了在AdvancedLIGO的敏感波段，双星的轨道角动量和它的总角动量之间的夹角近似为常数。在这种\emph{constant precession cone}近似下，我们发现引力波相位以两种方式调制：由于岁差而导致的引力波相位的长期增加和围绕长期增加的振荡。我们表明，这种长期的演变发生在三个方面，对应于物理上不同的明显的演变的二进制的岁差的视线。我们估计了\emph{any}非旋进模板模型和单个旋进信号之间的最佳可能拟合因子，在恒定旋进锥的限制下。我们的封闭形式的拟合因子的估计只依赖于带内进动锥的几何形状，它不显着依赖于二进制参数，检测器响应，或任何信号模型的细节。进动黑洞-中子星波形最不准确匹配的nonspinning波形对应于观察几何形状的进动锥扫描轨道平面反复跨越视线，在一个不利的偏振对齐。
2012-07-17 astro-ph.CO gr-qc
Ultrarelativistic circular orbits of spinning particles in a Schwarzschild field
本文研究了自旋粒子在史瓦西场中的超相对论圆轨道。本文给出了在黑洞的引力场中这些轨道上的高度相对论质子和电子可能的同步电磁辐射的初步估计
2005-07-07 gr-qc
Post-adiabatic waveform-generation framework for asymmetric precessing binaries
本文提出一种非绝热波形生成框架，用于非对称预旋二体系统的引力波计算，通过第一后绝热阶方法，无需计算局部自力，实现通用自转和轨道配置的高效模拟。
2025-11-28 astro-ph.IM gr-qc
High-accuracy waveforms for black hole-neutron star systems with spinning black holes
精确的数值波形是建立和标定引力波天体物理波形模型的重要条件。然而，对于黑洞-中子星双星，很少有精确的波形是公开的。最新的模型校准到大量的旧的模拟具有良好的参数空间覆盖率低自旋非旋进双星，但精度有限，和一个更长的时间少得多，更近的模拟仅限于非自旋黑洞。在本文中，我们提出了三个新的系统，包括快速旋转的黑洞，和一个旋进配置长，精确的数值波形。我们详细研究模拟的准确性，特别是在BHNS二进制文件的背景下，第一次执行波形外推方法的柯西特征提取的结果的详细比较。新波形在螺旋期间具有$<0.1\,{\rm rad}$相位误差，在合并时上升到$\sim (0.2-0.4)\,{\rm rad}$误差，并且在其幅度中具有$\lesssim 1\%$误差。我们计算最近的分析模型，这些数值结果的忠实性，并发现专门为BHNS二进制执行良好的模型（$F>0.99$）的二进制文件看到的face-on.For边缘上的意见，特别是进动系统，模型和模拟之间的分歧增加，和模型，包括进动和/或高阶模式开始比BHNS模型，目前缺乏这些功能。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc
Time domain phenomenological model of gravitational wave subdominant harmonics for quasi-circular non-precessing binary black hole coalescences
在这项工作中，我们提出了一个扩展的时域唯象模型IMRPhenomT的引力波信号从二进制黑洞合并，包括次主谐波，特别是$(l=2, m=\pm 1)$，$(l=3, m=\pm 3)$，$(l=4, m=\pm 4)$和$(l=5, m=\pm 5)$球谐。我们还改进了我们的模型的主导$(l=2, m=\pm 2)$模式和讨论模式混合的$(l=3, m=\pm 2)$模式。该模型被校准到完整的爱因斯坦方程的数值相对论解的质量比18，和Teukolsky方程的数值解更高的质量比。这项工作补充了最新一代的传统频域唯象模型（IMRPhenomX），并提供了新的途径来开发计算效率高的模型，从一般的紧凑双星的引力波信号。
2020-12-22 gr-qc
A Simple Model for Pulse Profiles from Precessing Pulsars, with Special Application to Relativistic Binary PSR B1913+16
我们研究了可观测到的脉冲轮廓，可以产生从旋进脉冲。一个新的坐标系的定义，以帮助观察几何的可视化。使用这个系统，我们探讨了不同的家庭的配置文件，可以产生简单的，圆对称的光束形状。然后，试图使我们的模型适合相对论性双星PSR B1913+16的观测。结果发现，虽然可以产生类似的脉冲轮廓，这种极小模型是不够的，一个准确的匹配的观测数据。因此，我们确认PSR B1913+16的发射光束必须偏离圆对称，正如Weisberg和Taylor首先报道的那样。然而，获得的近似拟合表明，为了解释数据，仅考虑与圆形梁的最小偏差可能就足够了。我们还评论我们的分析技术的适用性，以其他的处理pesticars，二进制和孤立的。
2008-04-24 astro-ph gr-qc
Innermost Stable Circular Orbit of a Spinning Particle in Kerr Spacetime
研究了Kerr时空中自旋试验粒子圆轨道的稳定性。我们发现一些圆形轨道在垂直于赤道平面的方向上变得不稳定，尽管在径向上轨道仍然是稳定的。对于大自旋情形（$S < \sim O（1）），在赤道面有效势最小值消失之前，出现了最内层稳定圆轨道（ISCO）。这改变了ISCO的半径，然后改变了最后一个圆形轨道的频率。
1997-12-26 gr-qc
Approximate helical symmetry in compact binaries
本文利用后牛顿理论计算BMS螺旋荷通量，预测准圆非进动双星的螺旋对称性在5PN阶开始破缺，并通过113个SXS数值相对论波形验证了该预测。
2025-02-04 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Wave Hyperbolic Catalog: Reanalyzing High-Mass Gravitational Wave Signals Using Hyperbolic Waveforms
INFN Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）；Dipartimento di Fisica, Università di Torino（都灵大学物理系）；Phenikaa Institute for Advanced Study, Phenikaa University（菲尼亚卡大学高级研究院）；Department of Physics, Kennesaw State University（肯尼索州立大学物理系）；School of Physics and Center for Relativistic Astrophysics, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物理学院与相对论天体物理中心）；Center for Computational Relativity and Gravitation, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院计算相对论与引力中心）
本文利用双曲波形模型重新分析了LIGO-Virgo-KAGRA目录中的高質量引力波事件，通过贝叶斯因子评估双曲波形与准圆形预旋波形的优劣，发现大部分事件更倾向于准圆形预旋模型，但GW190521事件则更符合动态捕获波形。
2026-05-20 gr-qc
Biased parameter inference of eccentric, spin-precessing binary black holes
Cardiff University（卡迪夫大学）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院）；Penn State University（宾夕法尼亚州立大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究偏心和自旋进动二倍星黑洞参数估计中的偏置问题，通过不同波形模型对比发现高偏心率信号的参数估计存在显著偏差，强调需更精确的波形模型以实现无偏推断。
2026-05-12 astro-ph.HE gr-qc
Analytic gravitational waveforms for generic precessing compact binaries
由两个致密物体组成的双星系统通过发射引力波而形成环形并螺旋形地相互靠近。每个物体的自旋与轨道角动量的耦合导致轨道平面进动，这导致引力波信号的调制。到目前为止，为用于引力波数据分析的全旋进系统生成频域波形意味着对运动方程进行数值积分，然后对结果进行傅立叶变换，这对于在探测器的敏感波段完成数百或数千个周期的系统来说是非常计算密集的。以前，解析解仅适用于某些特殊情况或简化模型。在这里，我们描述的封闭形式，频域波形的建设，全旋进，准圆形二进制inspirals。
2017-02-07 astro-ph.HE gr-qc
Prototype effective-one-body model for nonprecessing spinning inspiral-merger-ringdown waveforms
我们首先利用5个非旋进和2个轻度旋进（chi_i \simeq-0.44，+0.44）的黑洞双星数值相对论波形，标定了非旋进旋转双星的有效单体（EOB）模型，特别是它的动力学和主导的（2，2）引力波模式。然后，我们将上述结果与Teukolsky方程产生的小质量比模拟的最新结果相结合，并建立了一个用于检测目的的原型EOB模型，该模型能够为具有任何质量比和单个黑洞自旋的非旋进自旋黑洞双星产生吸气合并振铃波形。我们将原型EOB模型与自旋chi_i =-0.95，+0.97的两个等质量高自旋黑洞的数值相对论波形进行比较，这两个波形在EOB模型校准时是不可用的。在Advanced LIGO的情况下，我们发现对于总质量为20-200 M_（\odot）的样品，原型EOB波形和数值相对论波形之间的失配总是小于0.003，失配仅通过在初始相位和时间上最大化来计算。为了成功地生成单个黑洞自旋chi_i \gtrsim 0.7的合并波形，原型EOB模型需要通过以下方式进行改进：（i）更好地模拟坍缩动力学;（ii）在引力波模式和辐射-反作用力中包括高阶PN自旋项。
2012-08-21 gr-qc
Non--geodesic circular motion of massive spinning test bodies
最近对研究可能违反等效原理的兴趣导致了空间卫星飞行任务的发展，以测试在绕地球圆形轨道上运动的物体的等效原理。这个实验证明了等效原则的有效性与身体的组成无关。然而，没有考虑物体的内部自由度（如自旋）。在这项工作中，它确切地表明，圆轨道运动的试验机构确实提出了偏离测地线运动时，自旋效应是不可忽略的。使用拉格朗日理论旋转的大质量的机构，一个精确的解决方案，他们的圆周运动被发现显示，非测地线的行为表现通过不同的切向速度的测试机构，取决于其自旋相对于卫星的总角动量的方向。此外，对于圆轨道，旋转的试验物体不存在切向加速度。我们估计的两种可能的切向速度的情况下，旋转的测试机构绕地球的圆周运动的差异。
2018-10-03 gr-qc
Innermost stable circular orbit of spinning particle in charged spinning black hole background
本文研究了经典自旋试验粒子在Kerr-Newman黑洞背景下的最内层稳定圆轨道。结果表明，自旋粒子的轨道与测试粒子的自旋有关。如果自旋太大，自旋测试粒子的运动将是超光速的。考虑到黑洞背景中的超光速约束，我们给出了ISCO的一个附加条件。数值计算得到了ISCO与黑洞和测试粒子性质之间的关系。发现在黑洞背景中，自旋粒子的ISCO半径小于非自旋粒子的ISCO半径。
2017-11-26 gr-qc hep-th
Gravitational self-force corrections to tidal invariants for spinning particles on circular orbits in a Schwarzschild spacetime
我们计算引力自作用力修正的潮汐不变量的自旋粒子沿圆形轨道在史瓦西时空。特别地，我们考虑了重电四极潮汐张量的平方和立方以及重磁四极潮汐张量的平方。我们的结果是准确的一阶自旋和通过9.5后牛顿秩序。我们还计算了相关的电型和磁型本征值。
2018-06-09 gr-qc
Innermost stable circular orbits of charged spinning test particles
以Kerr-Newmann时空为背景，从粒子的运动方程出发，研究了粒子的自旋和电荷对粒子在最内层稳定圆轨道上的角动量、能量和半径的影响.发现粒子的角动量和能量不仅与其自旋有单调的关系，而且与其电荷也有单调的关系;还发现自旋粒子的半径可能随其电荷而非单调地变化。因此，我们的结果显著地表明，具有相同自旋但不同电荷的粒子可以简并到同一个最终稳定的圆轨道。
2018-12-25 gr-qc
Confusing Head-On Collisions with Precessing Intermediate-Mass Binary Black Hole Mergers
我们报告的引力波信号之间的简并从准圆进动黑洞合并和那些极端偏心合并，即迎面碰撞。使用准圆形双星模型对迎面碰撞的数值模拟信号进行模型选择，我们发现，对于15和25的信噪比，典型的高级LIGO观测，与$M\in (125,300)M_\odot$和$M\in (200,440)M_\odot$各自总质量的迎面合并将被识别为旋进准圆形中等质量黑洞双星，位于更大的距离。排除正面碰撞的情况需要使用目前不存在的正面碰撞波形模型进行模型选择，同时将天体物理学驱动的先验应用于这些事件的（罕见）发生。我们表明，在紧凑的二进制文件的标准参数推断的情况下，可能会报告组件质量内（外）对不稳定超新星间隙，真正的对象可能是一个迎面合并质量外（内）这个差距。我们简要讨论了这些发现对最近引力波探测GW 190521的潜在影响，我们在[Phys. Rev. Lett. 126，081101]。
2021-05-17 gr-qc
Modeling the remnant mass, spin, and recoil from unequal-mass, precessing black-hole binaries: The Intermediate Mass Ratio Regime
我们重新建模的剩余黑洞的属性，导致合并的黑洞二进制的参数的函数。我们提供了一组经验公式的最终质量，自旋和反冲速度的最终黑洞的质量比和个别自旋的祖先的函数。为了确定这些公式的拟合系数，我们进行了一组128个新的数值演化的进动，不等质量的黑洞二进制文件，并适合由此产生的残余质量，自旋和反冲。为了降低分析的复杂性，我们选择了这样的配置，其中一个黑洞旋转，无量纲自旋α =0.8，相对于轨道角动量的角度不同，另一个不旋转。除了演化出具有不同自旋倾角的双星家族，我们还演化出质量比小至q=1/6的双星。我们使用由此产生的经验公式来预测的概率黑洞合并导致一个给定的反冲速度，总辐射引力能，和最终的黑洞自旋。
2016-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Time-domain inspiral templates for spinning compact binaries in quasi-circular orbits
提出了一种计算沿准圆轨道旋转的致密双星的时域引力波（GW）偏振态的方法。我们调用轨道角动量${\bf L}$而不是它的牛顿对应物${\bf L_{\rm N}}$来描述的轨道和两个自旋矢量是自由指定的源帧与总角动量的初始方向。我们讨论了我们的方法的各种影响。
2015-06-09 gr-qc
Stable circular orbits of spinning test particles around accelerating Kerr black hole
研究了自旋测试粒子在赤道面上围绕加速Kerr黑洞的稳定圆轨道。为此，我们首先计算运动方程，并分析粒子的参数空间。研究了粒子的自旋和黑洞的加速度对自旋试验粒子在最内层稳定圆轨道上的守恒角动量、守恒能量和半径的影响。我们发现粒子的自旋对轨道参数的影响几乎是线性的，而黑洞的加速度对这些参数的影响是非线性的。我们还探讨了粒子的自旋和黑洞的加速度对自旋粒子在近稳定圆轨道上的近星点位移的影响。
2020-04-26 gr-qc hep-th
Scalar Tops and Perturbed Quadrupoles: Probing Fundamental Physics with Spin-Precessing Binaries
引力相互作用中的宇称破缺对基本观测和宇宙演化有重要影响。我们在这里调查第一次我们的能力，探测奇偶违反性质的引力相互作用使用引力波从自旋旋进双星。本文以动力学Chern-Simons引力为中心，导出了自旋进动方程，计算了自旋进动类圆形黑洞双星发射的引力波，并估计了未来引力波观测对该理论的约束程度.
2018-06-19 gr-qc
Charged spinning particles on circular orbits in the Reissner-Nordström spacetime
在Dixon-Souriau模型的框架下，研究了在Reissner-Nordström时空的赤道平面上沿圆形轨道运动的带电自旋试验粒子的行为，并选择了标准的补充条件。重力磁的“时钟效应”，即延迟的两个相反的循环粒子的到达时间测量的静态观察者，推导和讨论的情况下，在该粒子具有相等/相反的电荷和自旋，后者被定向沿$z$轴。
2014-08-19 gr-qc
Gravitational waves from a spinning particle in circular orbits around a rotating black hole
利用Teukolsky和Sasaki-Nakamura的Kerr黑洞扰动形式，计算了质量为$μ$，自旋为$S$的{ \it spinning}粒子在质量为$M (\gg μ)$，自旋为$Ma$的旋转黑洞赤道面附近的圆轨道上运动时所引起的引力波的能流.通过使用最近开发的后牛顿展开技术的Teukolsky方程的计算。为了计算{ \it自旋}粒子引起的扰动源项，我们使用了Papapetrou导出的自旋粒子的运动方程和Dixon导出的自旋粒子的能量动量张量。本文给出了后牛顿引力波光度公式，其量级可达$(v/c)^5$，超过了包含粒子自旋线性级的四极公式。所得结果对两个旋转紧密体内旋的后牛顿计算具有重要指导意义。
1996-02-19 gr-qc
Highly relativistic spinning particle in the Schwarzschild field: Circular and other orbits
考虑了Schwarzschild背景下Mathisson-Papapetrou方程在Mathisson-Pirani和Tulczyk-Dixon补充条件下的解.研究了在这种背景下自旋粒子的高度相对论性圆轨道的存在区域以及粒子的轨道速度与其自旋和径向坐标的关系。结果表明，与无自旋粒子的仅存在于$r=1.5 r_g(1+δ)$，$0<δ\ll 1$中的高度相对论性圆轨道不同，自旋粒子的相应轨道可以存在于更宽的空间区域中，且该区域的维数与补充条件密切相关.在Mathisson-Pirani条件下，给出了描述自旋粒子从$r>1.5 r_g$出发的非圆高度相对论轨道的一些典型情形的新的数值结果.
2012-06-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Simulations of black-hole binaries with unequal masses or non-precessing spins: accuracy, physical properties, and comparison with post-Newtonian results
我们提出的引力波形的最后轨道和合并的黑洞-二进制（BBH）系统沿两个分支的BBH参数空间：等质量的二进制与平等的非旋进自旋，和nonspinning不等质量的二进制。波形计算从爱因斯坦方程的数值解的黑洞二进制完成之间的6和10轨道合并之前。沿等质量自旋分支，每个BH的自旋参数为$χ_i = S_i/M_i^2 \in [-0.85,0.85]$，沿不等质量分支，质量比为$q =M_2/M_1 \in [1,4]$。我们讨论了这些情况下的低偏心率穿刺初始数据的建设，最终合并BH的属性，并比较了最后8-10 GW周期高达$Mω= 0.1$的相位和振幅预测的标准后牛顿（PN）近似。在以前的研究中，我们发现，从3.5PN泰勒T4近似的相位是最准确的nonspinning二进制。对于等质量的自旋双星，3.5PN泰勒T1近似（包括自旋项，最多只有2.5PN阶）给出了最稳健的性能，但也可以以这样一种方式处理泰勒T4，即它给出了自旋$χ_i > -0.75$的最佳精度。当包括高阶振幅校正时，$(\ell=2,m=\pm2)$模式的PN振幅比NR振幅大2- 4%。
2010-11-15 gr-qc
Effect of gravitational radiation reaction on circular orbits around a spinning black hole
本文计算了自旋（Kerr）黑洞的圆形轨道上引力辐射反应的影响，得到了以$S$（黑洞自旋角动量的大小）和引力强度$M/r$（其中$M$是黑洞的质量，$r$是轨道半径，$G=c=1$）为主导的结果。辐射反应使轨道收缩，但仍保持圆形，并使轨道平面非常缓慢地与空穴的自旋反向排列：$\tan (ι/2) = \tan (ι_0 /2) [1+(61/72)(S/M^2) (M/r)^{3/2}]$，其中$ι$是轨道平面的法线与自旋方向之间的夹角，$ι_0$是当$r$非常大时$ι$的初始值。
1995-06-08 gr-qc
Highly relativistic circular orbits of spinning particle in the Kerr field
考虑了Kerr背景下的Mathisson-Papapetrou方程。研究了在这种背景下自旋粒子的高度相对论性平面圆轨道的存在区域以及粒子的洛伦兹$γ$因子与其自旋和径向坐标的关系。结果表明，与无自旋粒子的高度相对论性圆轨道相反，自旋粒子的相应轨道在更宽的空间区域内是允许的。这些轨道中的一些显示了自旋-引力耦合对粒子的显著吸引作用，而另一些则是由显著排斥作用引起的。给出了电子、质子和中微子在黑洞引力场中的数值估计。
2013-03-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Equatorial orbits of spinning test particle in rotating boson star
本文研究了旋转玻色子星背景下自旋试验粒子的圆轨道。在极-偶极近似下，忽略自旋试验粒子对时空的反作用，自旋试验粒子的运动方程可用Mathisson-Papapetrou-Dixon方程描述.在Tulczyjew自旋补充条件下求解该方程，得到自旋试验粒子的四动量和四速度。与无自旋粒子完全不同的是，具有零轨道角动量的自旋粒子的有效势在旋转玻色子星的中心变为无穷大。这将导致自旋粒子无法通过玻色子星的中心。然而，当自旋角动量和轨道角动量满足$2\bar{s}+\bar{l}=0$时，有效势不再发散，自旋粒子可以通过旋转玻色子星的中心。{We我们还研究了自旋对圆轨道结构的影响，发现自旋将诱导出较大或较小的非圆轨道、不稳定圆轨道和稳定圆轨道区域。此外，圆形轨道的半径和能量将由粒子自旋减小或增大。这些结果对检验玻色子星背景下的引力波有重要的应用。
2022-09-13 gr-qc
Off-equatorial stable circular orbits for spinning particles
在这篇文章中，我们研究一个自旋粒子以不同于赤道平面的恒定倾角围绕Kerr黑洞的运动。我们主要探讨在不同的自旋补充条件下稳定圆轨道的可能性。Mathission-Papapetrau方程在线性自旋近似的框架下得到了广泛的应用和求解。我们明确地表明，对于一个给定的自旋矢量的形式$S^{a} = \left(0,S^r,S^θ,0\right)$，存在一个独特的圆形轨道在$(r_c,θ_c)$定义的同时极小值的能量，角动量和卡特常数。这对应于位于非赤道平面上的最内稳定圆轨道（ISCO）。我们进一步证明了对于给定的自旋粒子，ISCO的位置（$r_c,θ_c$）依赖于自旋矢量的径向分量（$S^r$）和黑洞的角动量（$J$）.使用不同的自旋补充条件的影响进行了研究。
2018-09-20 gr-qc
Precessing binary black holes as engines of electromagnetic helicity
本研究证明进动双黑洞并合可通过量子真空激发光子，破坏螺旋性，产生圆偏振引力波，并引入图解技术预测其发射条件。
2023-11-17 gr-qc
Stability of circular orbits of spinning particles in Schwarzschild-like space-times
本文研究了类Schwarzschild背景下自旋试验粒子的圆轨道及其稳定性。对于这些时空，运动方程允许代表圆形轨道的解，其中粒子自旋是恒定的并且垂直于轨道平面。对于德西特背景，轨道总是稳定的，粒子的速度和动量沿它们共线。求解了自旋质量比相同的粒子的世界线偏差方程，并利用得到的偏差矢量研究了轨道的稳定性。结果表明，轨道是稳定的对径向摄动。得到了系统抗法向扰动稳定性的一般判据。显式计算的情况下，史瓦西时空导致的结论，轨道是稳定的。
2010-05-18 gr-qc
