Determining the equation of state of neutron stars with Einstein Telescope using tidal effects and r-mode excitations from a population of binary inspirals
第三代引力波天文台如爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE）将是通过双星合并时产生的引力波探测中子星结构的理想仪器。在这项工作中，我们预测如何以及ET特别是将使我们能够重建中子星状态方程，通过观察几十个二元中子星合并与信噪比在数百。我们仅限于从inspiral中提取的信息，其中包括潮汐效应和可能的r模式共振。在处理后者时，我们超越了牛顿近似，引入并利用了新的普遍关系。我们发现，观察共振r模的能力将有一个显着的影响中子星状态方程的测量与ET。
2022-05-02 astro-ph.HE gr-qc
Inferring the post-merger gravitational wave emission from binary neutron star coalescences
我们提出了一个强有力的方法来表征中子星合并的残余物的引力波发射。我们的方法只对信号的形态做了最小的假设，并提供了底层波形的完整后验概率分布。我们应用我们的方法从先进的地面探测器网络的模拟数据，并证明了引力波信号重建。我们研究了不同双星组态和碰撞中子星状态方程的重建质量。我们展示了如何我们的方法可以用来约束尚未确定的状态方程的中子星物质。我们得到的状态方程的约束条件是互补的碰撞中子星在后期inspiral阶段的潮汐变形的测量。在合并后的信号的一个非检测的情况下，下面的二进制中子星inspiral，我们表明，我们可以把发射的能量上限。
2017-12-27 astro-ph.HE gr-qc
Impact of the nuclear symmetry energy on the post-merger phase of a binary neutron star coalescence
核对称能在决定致密、富含中子物质的状态方程中起着关键作用，而这种状态方程决定着地球上核物质以及天体物理学上的中子星的性质。PREX合作组最近对中子皮厚度的测量对核对称能L的斜率产生了新的限制，这可以直接与第一颗双星中子星合并螺旋GW170817的引力波观测结果进行比较。在本文中，我们探索了一种可能限制斜率L的新机制，核对称能量与未来引力波事件：合并后阶段一个双中子星合并。特别是，我们超越的inspiral阶段，在那里的斜率参数L的印记可以推断从测量的潮汐变形性，考虑印记合并后的动力学，引力波发射，和动态质量喷射。为此，我们在完全广义相对论中使用新的有限温度状态方程，系统地改变L，进行了一组目标中子星合并模拟。我们发现，合并后的动力学和引力波发射对核对称能的斜率几乎不敏感。相比之下，我们发现，动态质量喷射包含一个弱的L的印记，与大的L值导致系统增强喷出物。
2021-07-14 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Charged Compact Binary Coalescence Signal and Electromagnetic Counterpart of Plunging BH-NS mergers
如果致密二元合并的至少一个成员带电，则两个成员的内螺旋将产生功率不断增加的坡印廷通量，从而产生与合并的啁啾信号在时间上相关的短暂电磁对应物（可能有很小的时间偏移），我们将其称为{ \em带电致密二元合并}（cCBC）信号。我们开发了一个一般的理论cCBC的任何质量和每个成员的电荷量。中子星（NS），作为旋转的磁铁，保证是带电的，所以cCBC信号应该伴随着所有的中子星合并。在小质量比（$q \equiv m_2/m_1 < 0.2$）的BH-NS合并中，当NS作为一个整体进入BH时，cCBC信号是干净的，如果NS是类蟹状的，其亮度/能量可以达到快速射电暴的亮度/能量。还估计了极端质量比Inspiral系统（EMRI）中cCBC信号的强度。
2020-06-15 astro-ph.HE
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
Stupendously Large Black Hole Coalescence and Hubble Tensions
本文提出旋近中的超大质量黑洞双星产生的引力波可能造成哈勃常数的方向性差异，从而解释哈勃张力，并可用于限制宇宙中旋近黑洞的最大质量。
2024-03-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Outlook for detection of GW inspirals by GRB-triggered searches in the Advanced detector era
短而硬的伽马射线暴（GRB）被认为起源于两颗中子星（NS）或一颗中子星和一个黑洞（BH）的合并。如果这种情况是正确的，那么短伽马射线暴将伴随着强引力波（GW）的发射，可以被LIGO，Virgo，KAGRA和LIGO-India等GW天文台检测到。与全天候、全天时的GW搜索相比，外部触发的GW搜索具有时间和天空位置已知、GW幅度增大等优点。基于最近的联合LIGO-Virgo数据，我们的分析估计，和我们的蒙特卡罗模拟候选紧凑的二进制合并事件的信噪比的分布，我们找到了一个有效的敏感体积GRB触发的搜索，是约2倍以上的全天空，所有的时间搜索。对于NS-NS系统，喷流角为20度，伽马射线卫星视场为天空的10%，并且具有通常旋进的自旋，这使NS-NS短GRB和NS-BH短GRB关联的数量增加了一倍，达到NS-NS和NS-BH所有检测的3-4%。我们还调查的权力测试统计过剩的阈下事件列表中，并表明，这些是不太可能揭示一个阈下人口，直到发现GW协会短伽玛暴已经是例行的。最后，我们提供了有用的公式计算GW振幅的先验分布，从一个紧凑的二进制合并，对于一个给定的GW探测器网络和给定的天空位置。
2013-04-25 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical hints for magnetic black holes
我们讨论了各种质量的磁荷黑洞的潜在天体物理特征和约束的聚宝盆。正如最近强调的那样，作为具有巨大电磁场的潜在可行的天体物理候选者，它们可能是基础物理，电弱对称性恢复和非微扰量子场论现象的理想窗口。我们调查各种潜在的天体物理指针和界限-包括限制收费，稳定轨道和地平线的位置在渐近平坦和渐近德西特背景，从银河磁场和暗物质测量，特征电磁通量和告诉故事引力波排放在二进制吸气的界限。围绕这些物体的稳定轨道具有其性质的印记，在渐近de Sitter的情况下，随着稳定的外层轨道的出现，还有一个新的性质。我们认为，磁和中性，磁和磁，黑洞对二进制inspirals。电磁辐射和引力波形的演化以及黑洞间的分离都表现出明显的特征。许多天体物理学特征可能在观测上是耀眼的-例如，即使在参数空间的区域，没有电弱日冕的形式，由于磁场仍然是许多数量级大于甚至磁星，其随之而来的电磁辐射将是壮观的双吸气期间。在增加新结果的同时，我们的讨论也补充了最近出现在文献中的类似背景下的作品。
2021-01-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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
Can we detect quantum gravity with compact binary inspirals?
将广义相对论视为有效场论，计算了天体物理致密双星轨道和引力波辐射的首阶量子修正。这些修正与高能时量子引力的（未知）性质无关，并在观测到的引力波信号中产生相移和振幅增加。不幸的是（但并不令人惊讶），即使在最乐观的观测场景中，这些修正也是不可检测的。
2018-10-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Systematic parameter errors in inspiraling neutron star binaries
两颗中子星的合并是LIGO等探测器的重要引力波源。许多研究已经考虑了二进制参数（质量，自旋，勒夫数）可以测量的精度。在这里，我考虑的精度，这些参数可以确定的系统误差，由于波形近似的存在。这些近似包括截断后牛顿（PN）级数和忽略中子星（NS）自旋，潮汐变形，或轨道偏心率。所有这些效应都可能产生超过合理参数值的统计误差的系统误差。特别是，忽略自旋，偏心率，或高阶PN条款的原因在NS勒夫数显着的偏差。如果不控制这些系统误差，则无法用PN螺旋波形测量潮汐效应。
2014-03-17 astro-ph.HE gr-qc
Probing neutron stars with the full pre-merger and post-merger gravitational wave signal from binary coalescences
两颗中子星合并时发出的引力波信号携带着恒星内部结构的信息。在漫长的螺旋上升阶段，观测到的主要物质是二进制组件之间的潮汐相互作用，这种效应可以用广义相对论的紧凑二进制解决方案进行参数化建模。在双星合并之后，主要的观测对象是残余物的频率模式，最常见的是产生一个只有通过数值模拟才能获得的短持续时间信号。复杂的形态和相关频率中检测器灵敏度的降低目前阻碍了合并后信号的检测，并促使对合并前和合并后数据进行单独分析。然而，计划和正在进行的探测器改进可能很快就会使合并后的信号触手可及。在这项研究中，我们的目标是整个合并前和合并后的信号，而无需在二进制合并的人工分离。我们构建了一个混合分析模型的inspiral与模板的基础上分析计算和校准的数值相关性和合并后的信号与灵活的形态独立的分析。将这种分析应用于GW 170817，我们发现，正如预期的那样，合并后的信号仍然未被检测到。我们进一步研究模拟信号，发现我们可以重建完整的信号，同时估计合并前的潮汐变形和合并后的信号频率内容。我们的分析使我们能够使用所有可用的数据来研究中子星物理，并直接测试合并前和合并后信号的一致性，从而探测强子-夸克相变的发生等效应。
2022-05-11 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from the late inspiral, transition, and plunge of small-mass-ratio eccentric binaries
MIT（麻省理工学院）；University of Rhode Island（罗德岛大学）；University of Massachusetts, Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
本文研究小质量比偏心双星晚期环进、过渡和 plunge 阶段引力波特性，通过 Teukolsky 方程时间域求解代码分析偏心率和轨道异常角对 quasinormal 模式和晚期尾波的影响。
2026-03-20 astro-ph.HE gr-qc
Hierarchical triple mergers: testing Hawking's area theorem with the inspiral signals
本研究提出利用引力波可探测的层级三重并合事件的旋进信号检验霍金面积定理的新方法，模拟显示该方法可在O4/O5运行中验证面积定律，补充了现有检验手段。
2023-06-19 astro-ph.HE gr-qc
Post-Newtonian templates for gravitational waves from compact binary inspirals
为了能够检测并最大限度地提高从致密双星系统观测到的引力波的物理输出，精确的波形模型的可用性至关重要。目前的工作旨在为非专家的概述（inspiral）波形中使用的引力波数据分析紧凑的二元合并。我们首先提供了一个简单的牛顿轨道动力学和线性化的引力理论中的引力辐射物理的基本要素，描述了绝热近似应用于二进制系统：在实践中构建理论引力波形的关键要素。接下来，我们在后牛顿近似的广义相对论的引力波形，并强调的基本输入的螺旋波形的缓慢发展，旋转，nonprecessing，准圆双黑洞，即后牛顿的能量，通量和（吸收校正）平衡方程。然后在时域和频域中给出后牛顿内旋模板。最后，包括合并和随后的振铃阶段，我们简要地调查了两个家庭的全波形模型的紧凑型二进制合并目前实施的LSC算法库仿真：有效的一体化方法和唯象频域模型。
2021-06-14 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic precursor flares from the late inspiral of neutron star binaries
两颗中子星的合并伴随着引力波的发射，也可以具有由质量喷出物提供动力的电磁对应物，以及合并后形成的相对论性喷流。由于中子星可以具有强磁场，因此中子星磁层之间的非平凡相互作用可能会在合并之前引发潜在的强大电磁瞬变。为这些前兆瞬变提供动力的一个关键过程是在两颗恒星之间形成的强电流片中的相对论重联。在这项工作中，我们提供了一个详细的分析如何扭曲的共同磁层的二进制导致电磁耀斑的发射，类似于在太阳日冕中产生的。通过相对论性无力电动力学模拟，我们澄清了不同的磁场拓扑结构在这个过程中的作用。我们的结论是，耀斑总是会发生适当的磁场的路线，除非其中一个中子星有一个磁场明显弱于其他。
2022-05-19 astro-ph.HE gr-qc
Formation and Coalescence of Cosmological Supermassive Black Hole Binaries in Supermassive Star Collapse
我们研究可能在早期宇宙中形成的快速旋转的超大质量恒星的坍缩。通过使用三维广义相对论流体动力学和完全动态时空演化自洽地模拟坍缩开始的动力学过程，我们证明了祖先中的种子扰动可以导致两个高自旋超大质量黑洞系统的形成，在强烈的引力辐射的辐射下，它们螺旋式地旋转并合并，10与DECIGO或大爆炸观测引力波天文台，假设超大质量恒星的质量范围在10^4-10^6 Msol。残余物以无量纲自旋a^*=0.9快速旋转。周围的吸积盘包含约10%的初始质量。
2013-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A New Type of Extreme-mass-ratio Inspirals Produced by Tidal Capture of Binary Black Holes
极质量比螺旋形（EMRI）是一种重要的引力波源，它通常由一个恒星质量黑洞（BH）围绕一个超大质量黑洞（SMBH）旋转组成。在这封信中，我们证明了小天体实际上可能是BH双星（BHB）。以前的数值散射实验表明，SMBH可以潮汐捕获BHB绑定轨道。在这里，我们研究随后的长期演变。我们发现那些半长轴为$a\lesssim5\times10^{-3}$ AU的BHB可以被捕获到紧束缚的轨道上，这样它们就可以成功地向中央SMBH螺旋，而不会被恒星弛豫过程散射。我们估计，这些二进制EMRI（b-EMRI）可以构成最多$10\%$的EMRI人口。此外，我们发现，当b-EMRI的偏心率下降到约$0.85$，两个恒星黑洞将迅速合并，由于潮汐扰动的SMBH。在合并过程中产生的高频（$\sim10^2$ Hz）GW与来自b-EMRI的低频（$\sim10^{-3}$ Hz）波相吻合，使该系统成为未来多波段GW观测的理想目标。
2018-01-23 astro-ph.HE gr-qc
Simultaneous bounds on the gravitational dipole radiation and varying gravitational constant from compact binary inspirals
致密双星是一类重要的引力波源，可以被当前和未来的引力波观测站探测到。它们为广义相对论（GR）在高动态强场领域提供了一个试验平台。在这里，我们使用GWs从吸入的双中子星和双黑洞研究偶极引力辐射（DGR）和变化的引力常量预测的替代理论GR，如标量张量引力。在参数化的后爱因斯坦框架内，我们将这两种效应同时参数化到紧双星的内旋波形中，并进行Fisher信息矩阵分析来估计它们的同时界。一般来说，天基GW探测器可以给出比地基GW探测器更严格的限制。当GW事件的聚结时间接近天基探测器的寿命时，最严格的约束可以达到DGR参数$B$的$σ_B<3\times10^{-11}$和变化的$G$的$σ_{\dot{G}}/G < 7\times10^{-9} \, {\rm yr}^{-1} $。此外，我们分析了这两种效应之间的相关性，并强调了考虑这两种效应的重要性，以达到更现实的结果。
2022-08-25 astro-ph.HE gr-qc
An "inside-out" approach to modeling supermassive black hole binary inspiral
University of Florida（佛罗里达大学）
本文提出“由内而外”的解析框架建模超大质量黑洞双星旋进，将从天体物理主导转向引力波主导的轨道半长轴作为自由参数，该参数对引力波背景谱形振幅最敏感，可用于脉冲星计时阵列及激光干涉空间天线的相关研究。
2026-10-19 astro-ph.HE
Non-Kerr Constraints using Binary Black Hole inspirals considering phase modifications up to 4 PN order
该研究使用GWTC-3中的双黑洞旋近数据，基于约翰森度规在频域计算引力波主导阶偏差，对两个非克尔形变参数进行约束并揭示其简并性，以检验强场区域引力本质与广义相对论预测。
2024-06-06 astro-ph.HE gr-qc
Probing Einstein-dilaton Gauss-Bonnet Gravity with the inspiral and ringdown of gravitational waves
极端引力事件（如双星系统中两个黑洞的合并）产生的引力波充满了我们可观测的宇宙，伴随着引力驱动其过程的基本理论。另一种引人注目的引力理论--被称为爱因斯坦-高斯-邦纳引力理论，它是由弦论激发的--描述了一个额外的直接耦合到高阶曲率的量子标量场的存在，有效地描述了“第五种力”的相互作用和两个标量化黑洞之间的标量偶极辐射的发射。以往的研究大多集中在考虑的双黑洞波形的inspiral部分的主要修正。在我们最近的论文中，我们进行了inspiral-merge-ringdown一致性测试，在这个字符串启发的引力，包括对inspiral和ringdown部分的校正，以及对剩余黑洞的质量和自旋的校正，有效的自旋二次阶。我们在这里扩展的分析，直接计算上的理论耦合常数使用完整的吸气合并振铃波形，而不是单独处理的吸气和合并振铃部分的界限。我们还考虑了自旋对四次阶的修正，以证明黑洞慢转近似的正确性。我们发现，波形的准正规模校正是特别重要的高质量的事件，如GW 170729，其中的介子场的小耦合近似失败，没有这样的影响包括在内。我们还表明，未来的天基和多波段引力波观测有可能超越现有的理论界限。这里给出的界限与通过inspiral-merge-ringdown一致性测试发现的界限相当。
2020-05-16 astro-ph.HE gr-qc
Revealing massive black hole astrophysics: The potential of hierarchical inference with extreme mass-ratio inspiral observations
Institute for Gravitational Research, University of Glasgow（格拉斯哥大学引力研究所）；Institute for Gravitational Wave Astronomy & School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学引力波天文学所与物理天文学院）
利用极端质量比旋进引力波，通过分层贝叶斯推断评估LISA对超大质量黑洞天体族群的约束能力，测试多种族群及模型错误设定情况，展示了EMRI族群推断的能力与局限。
2026-07-15 astro-ph.HE gr-qc
Impact of astrophysical binary coalescence timescales on the rate of lensed gravitational wave events
在红移$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
Unraveling information about supranuclear-dense matter from the complete binary neutron star coalescence process using future gravitational-wave detector networks
本文提出一种新的解析频域模型，完整描述双中子星旋近-并合-并合后引力波信号，并评估未来探测器网络对揭示超核密度物质状态方程信息的潜力。
2023-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Tidally-induced Magnetar Super Flare at the Eve of Coalescence with Its Compact Companion
在双中子星（NS）或NS-黑洞系统（其中一个NS是磁星）的螺旋晚期，磁星上的引潮力随着双星的接近而急剧增加。潮汐引起的变形可能会超过磁星地壳在合并前几秒或几秒内所能承受的最大值。因此，可能会发生灾难性的全球地壳破坏，储存在磁星内部的磁能将有机会释放出来，这将被观测为超级耀斑，其能量比磁星的巨型耀斑大100倍。这种机制可以很自然地解释最近观测到的GRB 211211 A的前兆，包括它的准周期振荡。我们预测，在未来的引力波O 4/O 5周期，可能有一小部分检测到的双NS合并与这样的超级耀斑。通过观测，可以获得NS内部结构和磁场的丰富信息，这在其他地方是很难研究的。
2022-11-04 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Searching for General Binary Inspirals with Gravitational Waves
我们研究了双黑洞模板库是否可以用来搜寻一般双黑洞合并所发射的引力波。为了从噪声数据中恢复二进制信号，通常需要匹配滤波技术。对于总质量为$M \lesssim 10 \, M_\odot$的低质量系统来说尤其如此，它可以在LIGO和Virgo频段内盘旋数千个周期。在本文中，我们重点关注低质量二元系统的可探测性，这些系统的各个组成部分可能具有较大的自旋诱导四极矩和较小的致密性。四极子对波形的相位演化有贡献，而致密性影响双星的合并频率。我们发现，二进制黑洞模板（无量纲四极$κ=1$）不能可靠地用于搜索对象与大四极（$κ\gtrsim 20$）在很宽的参数空间。如果一般的物体是高度旋转的，并且比它的双星伴星有更大的质量，这一点尤其正确。一个由小密度物体组成的双星可以在LIGO和Virgo频段合并，从而降低其在吸气状态期间的累积信噪比。因此，必须构造包括这些更一般的波形的模板库。这些扩展的银行将使我们能够现实地寻找新的天体物理和超越标准模型紧凑对象的存在。
2020-12-14 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Second Einstein Telescope Mock Science Challenge : Detection of the GW Stochastic Background from Compact Binary Coalescences
我们提出了在第二次爱因斯坦望远镜模拟数据和科学挑战期间寻找天体物理引力波随机背景的结果。假设可以单独检测到最响亮的源，并从数据中删除，我们表明，残留的背景可以恢复与$1%$的准确性与标准的互相关统计，校正后的系统偏差，由于各向同性的来源。
2014-04-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tidal effects in binary neutron star coalescence
我们比较动力学和波形从二进制中子星合并计算新的长期（$\sim 10 $轨道）数值相对论模拟和潮汐有效单体（EOB）模型，包括分析潮汐校正第二后牛顿秩序（2PN）。目前的分析知识编码的潮汐EOB模型被认为是足够的，以再现的数值数据接触和他们的不确定性。值得注意的是，除了那些已经适合于二元黑洞数据的参数外，不需要校准任何潮汐EOB自由参数。2PN潮汐改正的列入最大限度地减少了与数值数据的差异，但它是不可能的，以显着区分他们的领先秩序的潮汐贡献。潮汐效应的相关放大的存在可能被排除在外，尽管它可能是数字不准确的结果。我们的结论是，潮汐完整的有效单体模型提供了目前最先进和准确的工具，模拟引力波形从双中子星螺旋到接触。这项工作还指出了广泛的测试，以评估数值数据的不确定性的重要性，以及新的数值策略进行准确的模拟的潜在需求。
2012-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing Neutron Star vs. Low-Mass Black Hole Binaries with Late Inspiral & Postmerger Gravitational Waves $-$ Sensitivity to Transmuted Black Holes and Non-Annihilating Dark Matter
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天体物理中心）
通过提升高频灵敏度的探测器区分中子星与低质量黑洞双星，并探讨其对暗物质与核子相互作用的约束。
2026-04-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Pre-merger localization of eccentric compact binary coalescences with second-generation gravitational-wave detector networks
我们研究了利用第二代引力波探测器网络对偏心致密双星并合前局域化的可能性。来自偏心双星的引力波可以看作是一个脉冲序列，它是由比轨道频率高出一倍的各种高次谐波模组成的。来自非常早期的螺旋相位的高次谐波模式不仅有助于信噪比，而且还允许我们在合并开始之前定位引力波源。这是因为高频引力波对于地面探测器网络通过三角测量进行源定位是必不可少的。我们发现，在最佳情况下，对于1.4- 1.4 $M_\odot$偏心双星中子星在100 Mpc的合并前10分钟，单探测器信噪比超过5，并且在合并前半分钟，它可以被四探测器网络定域到10度$^2$。我们甚至可以通过五探测器网络在并合前10分钟获得$\sim$ 10 deg $^2$。
2014-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Template-space metric for searches for gravitational waves from the inspiral, merger and ringdown of binary black holes
利用干涉型引力波探测器探测来自双黑洞的引力波（GW），需要在分析数据的同时构造用于匹配滤波的模板库。在二进制参数空间上放置模板以及来自多个探测器的GW触发的重合测试利用了重力波形空间上的度量定义。虽然最近的搜索采用波形模板连贯地描述的螺旋，合并和振铃（IMR）的聚结，在模板银行和符合测试中使用的度量来自后牛顿螺旋波形。在本文中，我们计算的IMR波形族IMRPhenomB的质量和有效自旋参数的参数空间的模板空间度量。我们还提出了一个坐标系，这是一个修改后的版本后牛顿啁啾时间坐标，其中的度量是缓慢变化的参数空间。使用该度量分析计算的匹配函数与数值计算的“精确”匹配函数具有极好的一致性。我们表明，该度量是能够提供一个合理的近似匹配功能的其他IMR波形的家庭，使有效的一个身体模型校准数值相对论（EOBNRv2）。这个度量的可用性可以有助于提高在先进的探测器时代从二元黑洞中搜索GW的灵敏度。
2015-06-19 astro-ph.HE 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
Constructing Gravitational Waves from Generic Spin-Precessing Compact Binary Inspirals
紧凑物体的合并是地面干涉探测器（如先进的LIGO和Virgo）最有希望的引力波源之一。一般来说，双星中的致密物体会以与轨道角动量不一致的自旋角动量旋转，导致轨道平面进动。这种岁差给引力波增加了丰富的结构，引入了如此复杂的解析封闭形式描述，直到现在还没有。在这里，我们构建了第一个封闭形式的频域重力波形，是有效的通用自旋进动准圆紧凑的二元螺旋。我们首先通过多尺度分析，通过求解后牛顿运动方程和辐射反应，构造了时域引力波。然后，我们对这些时域波形进行傅立叶变换，用移位一致渐近的方法得到频域波形的封闭形式的表达式。我们研究了这些分析，频域波形相对于通过数值演化后牛顿运动方程获得的波形的准确性，发现它们适用于我们在信噪比为10（25）时研究的99.2%（94.6%）的二元配置的无偏参数估计。这些新的频域波形可用于检测和参数估计的研究，由于其准确性和低计算成本。
2017-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Extreme mass-ratio inspirals in ultra-light dark matter
本文利用相对论微扰理论在球对称性下研究超轻暗物质中的极端质量比旋进，计算标量粒子通量与能量耗散率，表明LISA可通过相位追踪探测银河系中的此类暗物质结构。
2024-09-20 astro-ph.HE gr-qc
A self-consistent method to estimate the rate of compact binary coalescences with a Poisson mixture model
最近发表的GWTC-1 --一篇期刊文章总结了在LIGO-Virgo地面探测器网络第一次和第二次观测运行期间产生的数据中从合并的紧凑双星中寻找引力波（GW）--引用了对双星中子星、中子星黑洞双星和双星黑洞合并的速率估计，以及各种重要和边缘GW候选事件的天体物理起源的分配概率。在本文中，我们描绘了用于计算这些速率和概率的形式主义，它假设触发器高于一个低排名的统计阈值，无论是陆地或天体物理起源，发生独立的泊松过程。特别是，我们包括任意数量的天体物理类别重新分配，通过基于质量的模板加权，候选事件的前景概率，跨源类。我们评估这种形式主义的合成GW数据，并证明，这种方法可以很好地工作在第一次和第二次观测运行期间观察到的GW信号。
2020-05-04 astro-ph.HE
Effective field theory for compact object evolution in binary inspirals
使用扩展对象的有效场论框架，我们描述了旋转致密天体的演化，在一个二进制合并的后期inspiral，暴跌和合并之前，包括由于自旋，潮汐，耗散和引力波辐射导致的领导秩序的修正。我们的实现是特别相关的探测致密天体的恒星结构与引力波观测。在有效场论框架中，自旋致密物体被描述为自旋点粒子，其有限尺寸效应被编码在有效作用中的高阶算子中，这些算子的系数封装了恒星的内部结构。对于非相对论性广义相对论所描述的内旋状态，可以用图解法得到对每一项作用量的后牛顿修正，包括引力辐射效应。考虑到上述成分的有效理论，我们解决了动力学的二进制系统的inspiral的点粒子模拟的算法。我们提取作为轨道频率的函数的引力波，输入是数值生成的，然后在波形的解析函数中进行评估。通过对LIGO-Virgo天文台已经探测到的系统进行说明性的数值实验，我们展示了恒星结构及其系数在波形相位演化中的作用，以及它们出现的顺序和引力波天文台测量它们所需的灵敏度。如果要测量这些系数，就可以对基础物理学进行严格的限制。
2022-01-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Inference on gravitational waves from coalescences of stellar-mass compact objects and intermediate-mass black holes
由中子星或恒星质量的黑洞向$\gtrsim 100$太阳质量的中等质量黑洞的合并产生的引力波是先进引力波探测器的一个令人兴奋的可能来源。这些来源可以提供IMBH存在的明确证据，探测球状星团动力学，并可能作为广义相对论的测试。我们分析的准确性，我们可以测量的质量和自旋的IMBH和它的同伴在中等质量比合并。我们发现，我们可以确定一个IMBH的质量以上$100 ~ M_\odot$与$95\%$的信心提供了巨大的身体超过$130 ~ M_\odot$。对于高于$\sim200 ~ M_\odot$的源质量，最好的测量参数是准正常振铃的频率。因此，对于大质量双星来说，总质量的测量比啁啾质量更好，但是总质量仍然部分地随自旋简并，这无法精确测量。低频探测器的灵敏度对大质量源特别重要，因为对内旋相位的灵敏度对于测量恒星质量伴星的质量至关重要。我们表明，我们可以准确地推断宇宙学红移信号的源参数，通过施加适当的校正。我们研究了模型重力波形中不确定性的影响，并得出结论，我们的主要结果可能是强大的系统学。
2015-11-04 astro-ph.HE gr-qc
Neutron star equation of state via gravitational wave observations
引力波观测可以通过测量中子星双星螺旋晚期产生的引力波对点粒子极限的偏离来测量中子星状态方程的性质。比较了用变刚度状态方程计算的吸气中子星双星的数值模拟结果。当恒星接近它们最后的俯冲和合并时，如果中子星更紧凑，引力波阶段积累得更快。这表明，频率在1 kHz左右的引力波观测将能够测量一个紧凑性参数，并对可能的中子星状态方程设定严格的界限。先进的激光干涉引力波观测站将能够调整其频带，以优化所需频率范围内的灵敏度，从而对合并的后期螺旋阶段进行灵敏的测量。
2011-10-18 astro-ph.HE gr-qc
Formation of Tidal Captures and Gravitational Wave Inspirals in Binary-Single Interactions
我们进行了第一个系统的研究如何动态恒星潮汐和广义相对论（GR）效应影响的动态和结果的单双相互作用。为此，我们构建了一个N体代码，其中包括潮汐的仿射近似，其中恒星被建模为自相似的椭球多面体，和GR校正使用常用的后牛顿形式主义。使用这种数值形式主义，我们能够解决领先的影响，从潮汐和GR跨越几个数量级的恒星半径和初始目标二进制分离。我们发现，从潮汐的主要影响是形成两个机构的潮汐捕获过程中形成的三重系统的混沌和共振演化。这两颗恒星在被捕获的过程中螺旋式地合并在一起。因此，潮汐的加入可以导致恒星合并速率的增加。我们还开发了一个分析框架，用于计算任何一对质量相似的物体之间的潮汐吸气的截面。从我们的分析和数值估计，我们发现，相对于碰撞的潮汐inspirals的速率增加的初始半长轴的目标二进制的增加和相互作用的潮汐物体的半径减小。因此，最大的影响是发现三重系统的主机白矮星和中子星。在这种情况下，我们发现高度偏心的白矮星-中子星合并的速率很可能是由潮汐螺旋控制的。虽然潮汐吸气很少发生，我们注意到，它们可以引起过多的热核瞬变，如富钙瞬变。
2016-09-28 astro-ph.HE
Gravitational-wave glitches: resonant islands and frequency jumps in non-integrable extreme-mass-ratio inspirals
即将到来的空间探测器探测到的极端质量比的引力波引力波将允许在强场区域对广义相对论进行前所未有的测试。除了评估黑洞是否被克尔度规明确描述之外，这种探测可能会对时空对称性的程度产生限制。特别是，根据一个假设偏离克尔度规的具体表现，卡特对称性，这意味着测地线方程的可积性，可能被打破。在这里，我们研究的引力波形与不可积的极端质量比inspirals涉及一个小质量的同伴和一个超大质量的紧凑的对象的广义相对论，即曼科-诺维科夫时空。我们表明，波形显示突然的频率跳跃，当同伴横穿共振岛。这些发现表明，这种突然的表现在引力波频率是通用的，有一个真正的天体物理学的起源和功能作为一个独特的签名的混乱现象在极端质量比双星。
2021-08-05 astro-ph.HE gr-qc nlin.CD
Measuring eccentricity in binary black hole inspirals with gravitational waves
当双黑洞在磁场中形成时，可以预期它们的轨道在合并之前通常是圆形的。在星系核和球状星团中，二元黑洞可以动态地形成。最近的研究结果表明，球状星团中的合并$\approx5\%$是三体相互作用的结果。当这些三体相互作用以10 Hz的引力波频率进入高级LIGO波段时，预计会引起显著的轨道偏心率$\gtrsim 0.1$。因此，测量二元黑洞偏心率提供了一种手段，用于确定动态形成是否是产生二元黑洞合并的主要渠道。我们提出了一个框架进行贝叶斯参数估计的引力波观测的黑洞螺旋。使用这个框架，并采用非旋转，inspiral-only EccentricFD波形近似，我们确定的最小可检测的偏心距的事件与质量和距离类似GW 150914。在设计灵敏度，我们发现，目前这一代先进的天文台将是敏感的轨道偏心率的$\gtrsim0.05$在10赫兹的引力波频率，表明现有的探测器可以使用偏心率来区分圆场双星和球状星团三倍。我们比较这一结果的偏心率分布预测，导致从三个黑洞二进制形成通道，表明偏心率的测量可以用来推断人口的二元黑洞的属性。
2018-11-01 astro-ph.HE
Extreme mass ratio inspirals around topological stars
研究拓扑星周围极端质量比旋近，发现标量波通量与黑洞情况显著偏离，未来天基引力波探测器可能探测到这种偏差。
2025-07-11 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Coalescence of Strange-Quark Planets with Strange Stars: a New Kind of Sources for Gravitational Wave Bursts
奇异夸克物质（SQM）可能是强子物质的真正基态，这表明观测到的夸克星实际上可能是奇异星，而不是中子星。根据这个SQM假说，已经预言了一个流体静力学稳定的奇异夸克物质星序列的存在，从1 - 2个太阳质量的奇异星，到较小的奇异矮星，甚至奇异行星。虽然引力波（GW）天文学有望为宇宙打开一扇新的窗户，但它将为寻找SQM恒星提供帮助。在这里，我们表明，由于它们的极端紧凑，奇怪的行星可以螺旋非常接近他们的主机奇怪的恒星，而不会被潮汐破坏。就像吸入的中子星或黑洞一样，这些系统将成为GW爆发的一种新来源，在最后阶段产生强大的引力波。即将到来的引力波探测器，如先进的LIGO和爱因斯坦望远镜，可以探测到我们本地宇宙中发生的事件。这种效应为SQM对象提供了一个独特的探针，并有望成为检验SQM假设的有力工具。
2015-04-02 astro-ph.HE
