Evidence for subdominant multipole moments and precession in merging black-hole-binaries from GWTC-2.1
LIGO-Virgo-KAGRA合作（LVK）制作了一个目录，其中包含第三次GW观测运行（O3 a）上半年的引力波（GW）观测。这个目录，GWTC-2.1，包括第一次的\emph{exceptional} GW候选人的合并黑洞-二进制文件产生的明确不平等的组件质量。由于次主导多极矩和自旋诱导的轨道进动更有可能在不相等分量质量双星发射的GW上留下可测量的印记，这些广义相对论现象现在可能是可测量的。事实上，GW 190412和GW 190814都已经显示出次优势多极矩的确凿证据。这为二进制的动态提供了有价值的见解。我们计算了在O3 a期间观测到的GWTC-2.1中所有合并黑洞双星的次优势多极矩和自旋诱导轨道进动的证据，并表明：（a）没有引力波候选者具有可测量的高阶多极内容超过$\ell = 3$，（b）除了在GW 190412和GW 190814中的置信次优势多极测量，GW190519\_153544和GW190929\_012149显示了$(\ell, |m|) = (3, 3)$次优势多极的边缘证据，（c）GW 190521可能具有可测量的次优势多极含量，（d）GW 190412可能显示了自旋诱导轨道进动的证据。
2022-04-21 gr-qc
Towards models of gravitational waveforms from generic binaries II: Modelling precession effects with a single effective precession parameter
一般黑洞双星发射的引力波（GWs）具有丰富的结构，直接反映了轨道面进动引入的复杂动力学，这对一般波形模型的发展提出了真正的挑战。最近的进展，这些信号的建模依赖于一个近似的解耦之间的非进动长期inspiral和岁差引起的旋转。然而，后者一般取决于所有的二进制的物理参数，这使得建模工作，以及了解参数估计的前景过于复杂。在这里，我们表明，占主导地位的进动效应可以被捕获的一组减少的自旋参数。具体来说，我们引入一个单一的\emph{effective precession spin}参数，$χ_p$，这是定义的自旋组件，位于轨道平面中的一些（任意）瞬间在螺旋。我们测试这个参数的有效性，通过考虑指定的物理参数的相应的非旋进二进制配置（总质量，质量比，和自旋分量（反）平行于轨道角动量），加上有效的旋进自旋适用于较大的黑洞。我们表明，对于绝大多数的随机进动配置，进动动力学在螺旋的近似我们的等价配置。我们的研究结果表明，在可比质量制度的波形模型，只有三个自旋参数忠实地代表通用的波形，这对GW搜索，参数估计和数值探索的进动二元参数空间的前景具有实际意义。
2014-08-25 gr-qc
Coincident morphological transitions in precessing black-hole binaries
本文系统研究了黑洞双星自旋进动中多个形态转变在同一进动周期内同时发生的特殊解，并通过解析映射与数值积分验证，揭示其对应极端自旋构型且具有引力波观测意义。
2025-08-27 astro-ph.HE gr-qc
Spin-orbit precession along eccentric orbits for extreme mass ratio black hole binaries and its effective-one-body transcription
在这项工作中，我们提出了一个分析的引力自作用力计算的自旋轨道进动沿偏心轨道周围的史瓦西黑洞，密切以下最近的处方Akcay，Dempsey，和Dolan。然后，我们转录此数量内的连续一体化（EOB）形式主义，从而确定几个新的，线性的质量比，贡献后牛顿展开的自旋轨道耦合进入EOB哈密顿量。也就是说，我们确定的第二个陀螺重磁比$g_{S_*}(r,p_r,p_ϕ)$的顺序$p_r^2/r^4$包括。
2017-06-01 gr-qc
Importance of relativistic pericenter precession in identifying the presence of a third body near eccentric binaries
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）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）
本文提出一种改进的定时模型，通过纳入相对论性近心点进动修正，以更准确地检测接近偏心双星的第三体存在。
2025-12-30 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational self-torque and spin precession in compact binaries
本文计算了自相互作用对强场轨道上紧体绕黑洞的“测地”自旋进动的影响。具体地说，我们考虑的自旋进动角$ψ$每弧度的轨道旋转的粒子携带质量$μ$和自旋$s \ll (G/c) μ^2$在圆形轨道周围的史瓦西黑洞质量$M \gg μ$。我们通过微扰理论中的$O(μ/M)$计算$ψ$，即包括由于引力自场的保守部分施加的力矩而引起的修正$δψ$（数值获得）。与后牛顿（PN）表达式的$δψ$，这里通过3PN顺序推导出的比较，显示出良好的一致性，但也揭示了强场的功能，后者的近似没有捕获。我们的研究结果可以告知天体物理双星中强场动力学的半解析模型，这对正在进行的和未来的引力波搜索很重要。
2014-03-07 gr-qc
Measuring spin precession from massive black hole binaries with gravitational waves: insights from time-domain signal morphology
California Institute of Technology（加州理工学院）；LIGO Laboratory, California Institute of Technology（LIGO实验室，加州理工学院）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；University of Massachusetts, Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
针对大质量双黑洞引力波自旋进动测量难题，本研究采用时域截断推断方法分析不同参数下的模拟信号，明确了旋进、铃宕阶段约束进动的信噪比与质量条件，证实无需精细调优外禀角度即可实现测量。
2025-11-18 astro-ph.HE gr-qc
Efficient multi-timescale dynamics of precessing black-hole binaries
本文采用多时间尺度方法与加权自旋差参数化，推导二阶后牛顿双黑洞自旋进动的闭合动力学，并在 PRECESSION v2 中实现 50 倍加速。
2023-07-25 astro-ph.HE gr-qc
Impact of precession on aligned-spin searches for neutron-star--black-hole binaries
在中子星-黑洞双星合并的引力波搜索管道中加入对齐自旋效应，在对黑洞自旋的天体物理合理假设下，与完全忽略自旋的搜索方法相比，增加了天体物理范围。然而，理论上的考虑和人口合成模型表明，这些双星中的许多可能有一个显着的不一致之间的黑洞自旋和轨道角动量，这可能会导致进动的轨道平面在inspiral和随之而来的损失，在检测效率，如果进动被忽略。这项工作探讨了自旋错位的影响，搜索管道，完全忽略了自旋效应和最近开发的管道，只包括对齐自旋效应。使用合成的，但现实的数据，这可以合理地代表先进的LIGO探测器的第一次科学运行，这两个管道的相对灵敏度显示为不同的假设有关黑洞自旋大小和对齐与轨道角动量。尽管包括对齐自旋效应，由于进动的信噪比损失可以像$40\%$一样大，但这对整体检测率的影响有限：即使进动是中子星-黑洞二进制的主要特征，对齐自旋搜索管道仍然可以检测到至少一半的信号，与理想化的通用进动搜索管道相比。
2015-04-02 gr-qc
Inspiral of Generic Black Hole Binaries: Spin, Precession, and Eccentricity
由于没有观测到黑洞双星，至关重要的是，在未来的观测预期与引力波探测器的访问参数空间的全部范围进行探索。为此，我们编译的哈密顿运动方程描述的保守动力学的最一般的黑洞的二进制文件，计算将和合作者，并纳入一个有效的治疗耗散通过引力辐射。我们发展这些方程的系统与轨道偏心率和旋进自旋。我们发现，虽然自旋-自旋耦合修正原则上可以破坏恒定半径轨道，但这种影响是如此之小，以至于轨道将可靠地趋向于准球形轨道，因为角动量和能量被引力辐射所损失。不过，起初高度偏心的双星，在进入地面引力波侦测器可侦测的频宽时，仍可能保持偏心率。我们还表明，一组有用的固有频率的轨道演示自旋进动和近星点进动是由（1）在轨道平面的角运动的频率，（2）的频率的平面进动，（3）径向振荡的频率。这三个自然谐波形成了观察到的波形。
2011-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Probing Ultralight Bosons with Compact Eccentric Binaries
自旋黑洞通过超辐射过程可以大量产生超轻玻色子，并形成类氢光谱的束缚态。我们表明，这样的“引力原子”通常具有巨大的质量四极杆，并导致显着的轨道进动时，它与第二个紧凑的对象形成一个偏心二进制。动力学形成的黑洞双星或脉冲星-黑洞双星在它们的早期吸气期间是典型的偏心的。我们发现，大的轨道岁差可以在它们的引力波或脉冲星定时信号中产生明显的和可观测的信号。
2021-07-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Next-to-next-to-leading order spin-orbit effects in the near-zone metric and precession equations of compact binaries
我们扩展了我们以前的工作，致力于计算次次领头阶自旋轨道修正（对应于3.5PN阶）的自旋致密双星的运动方程，由：（i）推导自旋演化方程中相应的自旋-轨道项，运动的守恒积分和在粒子位置正则化的度规（还获得遍及近区的度量，但精度较低）; ㈡进行岁差方程的轨道简化，对质心标架进行近区度量和守恒积分，然后进一步假设准圆轨道（忽略引力辐射反应）。结果系统地表示的自旋变量与保守的欧几里德范数，而不是原来的反对称自旋张量的极-偶极形式主义。这一工作为今后计算自旋紧密双星引力波定相中的次次领头阶自旋轨道项铺平了道路。
2013-04-02 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
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
Bounding the mass of the graviton with gravitational waves: Effect of spin precessions in massive black hole binaries
在宇宙学距离上观测来自大质量双黑洞系统的引力波，可以用来寻找波的传播速度对波长的依赖关系，从而束缚假设引力子的质量。我们研究了黑洞的自旋和轨道角动量的进动对利用引力波信号与理论模板波形的匹配滤波进行参数估计的过程的影响。对于建议的空间干涉仪LISA，我们表明，岁差，以及伴随的调制的引力波形，是有效的，在打破退化之间的参数估计，并有效地恢复可实现的引力子质量边界的水平，可从二进制inspirals没有自旋。对于质量相等（10^6个太阳质量）、自旋旋进的双黑洞系统，引力子康普顿波长的极限为5 × 10^{16} km。
2009-08-05 gr-qc
Alignment and precession of a black hole misaligned with its accretion disc: Application to Low Mass X-ray Binaries
Kerr黑洞周围的薄粘性吸积盘由于Lense-Thirring（LT）效应而翘曲，导致黑洞的自旋轴进动并与外盘对齐.我们计算了作用在黑洞上的LT力矩，并计算了持久和瞬态吸积体的排列和进动时间尺度。在我们的分析中，我们考虑了内盘的贡献，因为它可以在合理的参数值范围内与黑洞自旋保持不对准。我们发现，对准时间尺度增加的克尔参数低于临界克尔参数值的减少，相反，早期的预测。此外，瞬变吸积的时间尺度一般比持续吸积的时间尺度长。通过对瞬态情况的分析，我们发现低质量X射线双星（LMXB）4U 1543-47中的黑洞可能是未对准的，而LMXB XTE J1550-564中的黑洞已经对准了外盘。LMXB H 1743-322的年龄是假设一个未对准的光盘估计。我们还发现，一个典型的银河系LMXB中的黑洞可能需要比过去估计的更长的时间来对齐。这对用连续X射线谱拟合方法测量黑洞自旋有重要意义。
2019-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Spin-orbit precession for eccentric black hole binaries at first order in the mass ratio
我们考虑强引力场中紧双星的自旋-轨道（“测地”）进动。具体来说，我们计算$ψ$，在一个径向周期的累积自旋进动和轨道角的比率，为一个旋转致密体的质量$m_1$和自旋$s_1$，与$s_1 \ll G m_1^2/c$，轨道非旋转黑洞。我们表明，$ψ$可以计算偏心轨道的引力自作用力和后牛顿框架，结果似乎是一致的。给出了$ψ$在次-次-主导阶的后牛顿展开式和$ψ$在质量比为一阶的Lorenz规范引力自作用力计算.后者提供了新的数值数据，在强场制度通知有效的单体模型的引力两体问题。我们的结论是，$ψ$补充Detweiler红移$z$作为一个关键的不变量特征偏心轨道的引力两体问题。
2017-03-30 gr-qc
Direct determination of supermassive black hole properties with gravitational-wave radiation from surrounding stellar-mass black hole binaries
相当数量的恒星质量黑洞（BH）双星可能在星系核或周围的气体盘中合并。利用空间引力波观测站，我们可以使用这样的双星作为信号载体来探测由中心超大质量黑洞（SMBH）引起的调制，这进一步允许我们对SMBH的性质进行限制。我们特别表明，德西特进动的内部恒星质量的二进制的轨道角动量（AM）周围的外轨道的AM将是可检测的，如果进动周期是可比的观测时间，通常是几年。一旦探测到，进动可以与外轨道运动产生的多普勒频移相结合，以单独确定SMBH的质量和外轨道间隔，每一个都具有100级的精度。如果我们进一步假设由星载和地基探测器联合探测，则可探测性阈值可扩展到约100年的岁差周期。
2020-12-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Multi-timescale analysis of phase transitions in precessing black-hole binaries
进动双星黑洞（BBH）在后牛顿体系中的动力学具有很强的时间尺度等级：轨道时间尺度与自旋进动时间尺度相比非常短，而自旋进动时间尺度又比辐射反应时间尺度短得多，辐射反应时间尺度上轨道由于引力波发射而收缩。我们利用这个时间尺度层次来开发BBH动态的多尺度分析，详细阐述了Kesden等人的分析。（2015）。我们求解自旋进动方程的进动时间解析，然后实施一个准绝热的方法来发展这些解决方案的辐射反应时间较长。这一过程导致了一个创新的“岁差平均”后牛顿的方法来研究进动BBHs。我们使用我们的新的解决方案，BBH自旋进动分为三个不同的形态，然后研究这些形态之间的相变作为BBH螺旋。这些岁差平均的后牛顿吸气可以有效地计算从任意大的分离，从而取得进展，弥合天体物理学和数值相对论之间的差距。
2015-09-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Numerical Relativity Simulations of Precessing Binary Neutron Star Mergers
我们提出了第一套数值相对论模拟的二进制中子合并，包括自旋旋进效应，并与多个分辨率的演变。我们的模拟采用了广义相对论中一致的初始数据，具有不同的自旋组态和无量纲自旋幅度$\sim 0.1$。它们以$\sim392$ ~Hz的引力波频率开始，并覆盖超过$1$的岁差周期和大约15个轨道，直到合并。我们讨论的自旋进动动力学分析坐标轨迹，准本地自旋测量，和能量，通过比较自旋对齐，反对齐，和无旋配置。通过计算旋进后期引力波形对的失配，比较了不同自旋组态的引力波形。我们发现，旋进效应是无法区分的nonprecessing配置对齐的自旋约面对双星，而后者是区分从nonspinning配置。相反，自旋进动效应对于近似边缘的双星是清晰可见的。对于这里考虑的参数，岁差不会显着影响特征合并后的引力波频率，也没有质量喷射。我们的研究结果为模拟双星中子星事件引力波形中的自旋进动效应铺平了道路。
2017-12-08 astro-ph.HE gr-qc
A geometric approach to the precession of compact binaries
本文讨论了一种几何方法来确定旋进双星系统及其发射的引力波的首选参考系。这个最小旋转坐标系与角动量轴对齐，并将绕该轴的旋转固定为一个恒定的角度，从而形成一个基本不变的坐标系。在这个框架中分解的引力波形在惯性框架的旋转下类似地不变，并且表现出相对平滑地变化的相位。相比之下，早期的辐射对齐框架在引力波相位中引入了依赖于惯性框架取向的无关特征，导致频率波动，可能会复合成许多引力波周期。我们探索了一个简化的描述后牛顿近似进动系统使用的最小旋转框架，并描述了这样的系统的分析/数值混合波形的建设。
2012-02-01 gr-qc
The fate of chaotic binaries
一个典型的恒星质量的黑洞与一个较轻的同伴被证明屈服于轨道平面的混沌进动。因此，由地球上的干涉仪直接探测引力波的最佳候选者可以在俯冲前的最后轨道期间显示波形的不规则调制。引力辐射的进动和随后的调制取决于质量比、偏心率和自旋。伴星的质量越小，岁差效应越显著。最重要的参数是自旋幅度和失调。如果自旋很小，并且几乎与轨道角动量对齐，那么就不会有混乱的进动，而增加自旋幅度和失调都会增加不稳定的进动。大的偏心率可以由大的、未对准的自旋引起，但似乎不需要混沌。轨道平面的不规则进动将产生不规则的引力波频率，但可能对观察到的周期总数产生较小的影响。
2002-03-26 astro-ph gr-qc
Dynamics and gravitational radiation of binaries with spin precession and eccentricity in dynamical Chern-Simons gravity
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Kyoto University（京都大学）
本文研究了具有自旋进动和偏心率的二体系统在动态Chern-Simons引力中的动力学和引力辐射，提出了改进的波形构建方法，为未来引力波parity对称性测试提供理论支持。
2025-12-01 gr-qc
Two-harmonic approximation for gravitational waveforms from precessing binaries
当黑洞的自旋与双星的轨道角动量不一致时，双星黑洞的轨道进动。表面上复杂的动力学在大多数情况下可以描述为轨道角动量关于一个近似固定的总角动量的简单进动。然而，岁差对观测到的引力波信号的影响更为复杂，它与黑洞动力学、双星的方向和探测器的偏振有着非平凡的时变关系。因此，很难预测在什么条件下进动效应在引力波观测中是可测量的，以及它们对信号检测和源表征的影响。我们发现，所观察到的波形可以简化分解为一个新的进动参数$b = \tan(β/2)$，其中$β$是轨道和总角动量之间的开角的幂级数。幂级数由五个谐波组成，其频率与二进制的进动频率不同，并且单独地不表现出幅度和相位调制。在许多情况下，波形可以很好地近似于两个领先的谐波。在这种近似下，我们能够得到由两个频率相似的波形的拍频引起的进动的简单图像。这使我们能够识别区域的参数空间的进动可能有一个可观察到的影响的波形，并提出了一种新的方法来搜索信号的进动二进制，基于两个谐波近似。
2020-07-15 gr-qc
On the equal-mass limit of precessing black-hole binaries
我们利用多时间尺度技术分析了等质量进动黑洞双星的内旋动力学。轨道平均后牛顿演化方程在等质量极限下允许两个运动常数，即总自旋$S$和有效自旋$ξ$。这个特征使得整个动力学与一般的不等质量情况相比有质的不同，在一般的不等质量情况下，只有$ξ$是恒定的，而变量$S$参数化了进动动力学。对于固定的单个质量和自旋大小，等质量黑洞的内旋是唯一的特征由两个参数$(S,ξ)$：这两个数字完全决定了整个演化的辐射反应的影响。特别地，对于等质量双星，我们发现：（i）黑洞双星自旋形态在整个内旋中是恒定的;（ii）两个黑洞自旋绕总自旋的进动运动发生在比总自旋和轨道平面绕总角动量的进动更长的时间尺度上。
2017-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Parameter estimation for inspiraling eccentric compact binaries including pericenter precession
具有高轨道偏心率的吸入型超大质量黑洞双星系统是激光干涉仪空间天线（LISA）等天基引力波（GW）观测的重要源。偏心率增加轨道谐波的GW信号的傅立叶变换和相对论近心进动导致三路分裂的每个谐波峰。我们使用Fisher矩阵方法和初始二进制方向的Monte Carlo采样，研究了具有不同初始偏心率的此类波形的参数估计精度。偏心率通过打破不同参数之间的简并来改善参数估计。特别是，我们发现，源定位精度显着提高高质量的二进制由于偏心。如果合并前1年的初始偏心率为$e_0\sim 0.6$，则对于一个不旋转的、红移为$z=1$的$10^7\,M_{\odot}$等质量双星，典型的天空位置误差为$\sim1 $ deg。近心点进动对源定位精度没有显著影响，但对于质量在$10^6$和$e_0 \sim 0.3$的$10^7\,M_{\odot}$之间的情况，近心点进动确实进一步系统地提高了质量和偏心率估计精度3- 10倍。
2012-11-17 astro-ph.CO gr-qc
Efficient fully precessing gravitational waveforms for binaries with neutron stars
本研究构建了适用于含中子星的致密双星的高效频域进动波形，考虑中子星自旋诱导四极矩导致的χ_eff不守恒，在90%以上构型下与数值演化波形失配度极低，可用于质量间隙天体及黑洞模仿体检验。
2022-12-19 gr-qc
Spin-Precessing Black Hole Binaries in Dynamical Chern-Simons Gravity
自旋旋进双星的引力波表现出振幅振荡，这为提取吸入的致密天体的自旋提供了一种宝贵的方法。导致这种效应的自旋-自旋和自旋-轨道相互作用对引力的基本性质很敏感，这将使我们能够利用进动双星的引力波观测来约束修正的引力理论。在这里，我们考虑进动黑洞二进制动力学陈-西蒙斯引力，一个有效的引力理论，增强宇称违反相互作用。我们利用有效场论将黑洞模型化为修正的点粒子，并在后牛顿形式下导出了双星系统的自旋进动方程。我们发现，由于两个黑洞的标量偶极与修正的黑洞四极之间的相互作用违反了无毛定理，广义相对论中的自旋-自旋相互作用和四极-自旋相互作用被修正了.这些修改进入领先的后牛顿秩序的岁差方程。我们进一步指出，在忽略辐射反应时，这些旋进方程允许7个运动常数，只有质量加权的有效自旋是从广义相对论修正而来的.我们将讨论如何使用这些可以减少岁差方程的正交和构造分析傅立叶域波形的可能性通用自旋进动二进制dCS重力。
2018-10-02 gr-qc
Rarity of precession and higher-order multipoles in gravitational waves from merging binary black holes
本研究通过计算LVK观测事件中进动和高阶多极矩的概率，发现仅3个事件存在实质性证据，证实LVK种群模型可准确预测相关事件数量，为引力波信号分析及种群模型验证提供依据。
2025-02-13 astro-ph.HE gr-qc
Tracking the precession of compact binaries from their gravitational-wave signal
我们提出了一个简单的方法来跟踪的黑洞双星系统的进动，仅使用引力波（GW）信号的信息。我们的方法包括定位的帧的幅度的$(\ell=2,|m|=2)$模式是最大化的，我们表示的“四极对齐”帧。我们证明了这种方法的有效性时，应用到波形的数值模拟。在等质量非自旋双星的测试情况下，我们的方法将轨道角动量的方向定位在$(Δθ, Δϕ) = (0.05^{\circ},0.2^{\circ})$内。然后，我们将该方法应用到一个$q = M_2/M_1 = 3$二进制，表现出显着的进动。一般来说，自旋双星的轨道角动量$\mathbf{L}$是\emph{not}垂直于轨道平面。证据表明，我们的方法定位的方向$\mathbf{L}$，而不是正常的轨道平面的后牛顿（PN）的结果进行比较。此外，我们观察到，它准确地再现类似的高模振幅可比的非自旋（因此非旋进）的二进制，和$(\ell=2,|m|=2)$模式的频率是一致的“总频率”的二进制的运动。简单形式的四极对齐波形将是有用的，在试图分析模型的inspiral-merge-ringdown（IMR）信号的进动二进制，并在标准化的波形表示的准确性和一致性的研究源建模的努力，数值和分析。
2010-12-13 gr-qc
Eccentric Motion of Spinning Compact Binaries
本文用分数质量差序参量的幂微扰法处理了离心轨道上自旋致密双星的运动方程。该解在质量差参数的一阶范围内是有效的。正则点变换去除了自旋-轨道哈密顿量的首阶项，该项引起轨道角动量围绕守恒总角动量的摆动进动，这种进动在质量相等或单个自旋的情况下消失。角变量的应用，使一个典型的微扰理论很容易处理。
2014-06-02 gr-qc
Parameter Estimation of Gravitational Waves from Precessing BH-NS Inspirals with higher harmonics
进动黑洞-中子星（BH-NS）双星产生了丰富的引力波信号，编码了双星的性质和螺旋运动学。使用lalinference\_mcmc马尔可夫链蒙特卡罗参数估计代码，我们使用两个基准的例子来说明如何将几何和运动学编码到调制的引力波信号中，使用适合于进动的坐标。即使对于处理二进制，我们表明，详细的参数估计的性能可以估计的“有效”的估计：比较的原型信号与其最近的邻居，采用固定的天空位置和理想化的两个检测器网络。我们使用详细和有效的方法来显示高次谐波提供非零，但小的局部改善时，估计参数的旋进BH-NS二进制。也就是说，我们表明高次谐波可以提高旋进二进制的参数估计准确度，排除近似简并的源方向。我们的工作说明了引力波测量可以提供的数量，例如可靠的组件质量和相对于视线的进动短伽马射线暴祖先的精确方向。"有效"估计可以提供一种简单的方法来估计下一代探测器中通用处理BH-NS二进制的参数估计性能的趋势。例如，我们的研究结果表明，轨道啁啾率，进动率，和进动几何是粗略独立的可观测量，定义自然变量组织在高维BH-NS二进制参数空间的相关性。
2014-04-11 astro-ph.HE gr-qc
Orbit-induced spin precession as an origin of periodicity in periodically-repeating fast radio bursts
FRB 180916.J0158+65被发现重复发射快速射电暴，周期约为16天。我们认为，这种周期性来自轨道诱导，自旋进动的发射极，这可能是一个中子星。根据伴星的质量，双星的周期从几百秒到几千秒不等。这样的紧联星的寿命相对较短，不太可能来自宽联星的引力衰变。我们评论的关系，GW190425和LISA和LIGO探测的可能性。
2020-04-22 astro-ph.HE gr-qc
Probing Spin-Induced Quadrupole Moments in Precessing Compact Binaries
本研究基于进动波形评估了在含质量间隙天体的致密双星中测量自旋诱导四极矩的前景，发现该效应可有效区分质量间隙天体性质，并为黑洞模拟物提供更紧约束。
2024-03-28 astro-ph.HE gr-qc
PhenomXO4a: a phenomenological gravitational-wave model for precessing black-hole binaries with higher multipoles and asymmetries
本文提出首个频域唯象引力波模型PhenomXO4a，将多极不对称性和数值相对论校准的旋进角纳入IMRPhenomX框架，并通过与数值相对论对比验证了其建模精度。
2023-12-15 astro-ph.HE gr-qc
Parity Violation in Spin-Precessing Binaries: Gravitational Waves from the Inspiral of Black Holes in Dynamical Chern-Simons Gravity
Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系前沿宇宙学中心）；Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma1（罗马第一大学物理系及INFN罗马第一分部）
该研究在动力学Chern-Simons引力中，首次构建了自旋进动黑洞双星旋进阶段引力波的解析波形，揭示了宇称破缺对进动相位和振幅的PN阶修正，为修正引力波形建模奠定基础。
2026-09-29 gr-qc
Distinguishing black-hole spin-orbit resonances by their gravitational wave signatures. II: Full parameter estimation
合并中的双黑洞产生的引力波在合并前对它们的自旋演化进行了编码。在后牛顿体系和旋进时间尺度上，这种演化有三种形态之一，自旋要么围绕两个固定点之一振动（“共振”），要么自由循环。在这项工作中，我们进行完整的参数估计共振双星固定的质量和自旋幅度，改变三个参数：保守的“投影有效自旋”$ξ$和共振家庭$ΔΦ=0,π$（唯一标记的源），倾斜$θ_{JN}$的二进制的总角动量相对于视线（这决定了强度的进动效应的波形），和信号幅度。我们证明，共振可以区分为广泛的二进制文件，除了高度对称的配置，岁差效应被抑制。基于对双自旋演化的新认识，我们引入了新的变量来表征进动黑洞双星，这自然反映了系统的时间尺度分离，从而更好地编码了引力波所携带的动力学信息.
2016-02-15 astro-ph.HE gr-qc
Defining eccentricity for spin-precessing binaries
本文将仅依赖波形的偏心率定义扩展至自旋进动双星，通过共进动系变换与自旋调制滤波，实现对一般偏心自旋进动系统的稳健测量。
2025-09-29 astro-ph.HE gr-qc
Effect of orbital eccentricity on the dynamics of precessing compact binaries
本文利用[M]中导出的基于有效势的形式研究了一般双黑洞在偏心轨道上的进动动力学。Kesden等人，PRL { \bf 114}，081103（2015）]。这个有效势被用来将二元黑洞分为三种相互排斥的自旋形态。在螺旋阶段，双星从一种形态过渡到其他形态。利用后牛顿精确演化方程，研究了一个二元黑洞群体从初始分离的$1000\mathbf{M}$到最终分离的$10\mathbf{M}$的演化过程.我们发现，在适当的初始条件下，一个二进制的偏心率可以遵循三个不同的演化模式之一：（一）偏心率单调增加，直到最终分离，（二）偏心率上升后衰减到最小值，（三）偏心率单调减少整个inspiral。这种单调增长或达到某一最小偏心率后的增长是由于2 PN自旋-自旋耦合的作用。进一步，我们研究了偏心双星中的形态转变，发现这种双星从一个到另一个的转变概率与圆轨道中的相似，这意味着偏心率在进动双星黑洞的自旋形态演化中起着次主导作用.因此，我们认为，自旋进动动力学的形态分类是一个强大的工具，以限制形成通道的任意偏心率以及。
2019-10-22 astro-ph.HE gr-qc
Robustness of Deep Learning Models to Precession in Gravitational-Wave Searches for Intermediate-Mass Black Hole Binaries
针对中等质量黑洞并合引力波搜索中信号易与探测器毛刺混淆、进动会扭曲波形的问题，本研究提出三种不同训练策略的神经网络分类器，其中课程学习训练的模型准确率达95%，并发现模型对进动的鲁棒性受训练策略影响。
2024-10-10 astro-ph.IM gr-qc
A taxonomy of black-hole binary spin precession and nutation
具有错位自旋的双黑洞一般会引起轨道角动量$\bf{L}$关于总角动量$\bf{J}$的进动和章动。这些现象调节了双星合并时发出的引力波的相位和振幅。我们介绍了一个“分类法”的二进制黑洞自旋进动，包括所有已知的现象，然后提出了五个新的现象学参数，描述一般的进动，并构成潜在的积木为未来的引力波形模型。它们是岁差幅度$\langleθ_L\rangle$、岁差频率$\langle Ω_L\rangle$、章动幅度$Δθ_L$、章动频率$ω$和岁差-频率变化$ΔΩ_L$。我们调查这五个参数的演变过程中的inspiral和探索他们的统计特性的各向同性自旋源。特别是，我们发现，章动的$\bf{L}$是最突出的二进制高自旋（$χ\gtrsim 0.5$）和中等质量比（$q \sim 0.6$）。
2021-06-14 astro-ph.HE gr-qc
Inferring spin tilts at formation from gravitational wave observations of binary black holes: Interfacing precession-averaged and orbit-averaged spin evolution
本文提出一种结合进动平均与轨道平均演化的新代码，从引力波观测推断双黑洞形成时的自旋倾斜角，并应用于 GW190521 等 O3a 事件，同时正则化方程以处理近等质量极限。
2022-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Constraining black-hole binary spin precession and nutation with sequential prior conditioning
本文利用序贯先验条件方法分析引力波数据，研究黑洞双星中章动等弱自旋效应的可探测性，发现当前事件无显著测量，但近未来探测有望实现约束。
2023-05-26 astro-ph.HE gr-qc
Spin-eccentricity interplay in merging binary black holes
本文采用后牛顿多时间尺度方法分析双黑洞旋进，揭示自旋进动与轨道偏心率的耦合效应，指出早期偏心演化会在自旋取向中留下记忆，同时残余偏心率会造成历史重建的系统误差。
2024-01-18 astro-ph.HE gr-qc
Non-precessional spin-orbit effects on gravitational waves from inspiraling compact binaries to second post-Newtonian order
本文导出了自旋-轨道耦合对由准圆轨道上的自旋致密天体组成的吸气双星所发射的引力波形式的全部二阶后牛顿（2 PN）非旋进效应。牛顿对自旋轨道效应的计算（1.5PN阶）依赖于旋转物体的流体描述。我们通过在后牛顿理论中引入δ函数描述自旋对物体能量动量张量的影响来简化计算。这个描述最近被Mino，Shibata，and Tanaka（MST）在Teukolsky形式主义中使用，分析了围绕大质量黑洞运行的粒子，并且是基于Dixon之前的工作。我们计算的2 PN贡献的波形相结合的MST能量-动量张量与形式主义的Blanchet，Damour，和Iyer评估的二进制的辐射多极子，并与著名的1.5PN阶运动方程的二进制。我们的结果在2 PN阶只对波形的振幅有贡献。波形相位的长期演化是LIGO最精确测量的量，直到2.5PN阶才受到我们结果的影响，此时其他自旋轨道效应也开始发挥作用。我们计划在未来的论文中使用本文的技术评估整个2.5PN自旋轨道对长期相演化的贡献。
1997-10-31 gr-qc
PRECESSION 2.1: black-hole binary spin precession on eccentric orbits
Universitá degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；NFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）
PRECESSION 2.1版本扩展了对偏心轨道的处理能力，引入了半自动方法将环形轨道函数适应到偏心轨道，并改进了后牛顿距离与引力波发射频率的转换表达式。
2026-04-10 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Up-down binaries are unstable and we want to know
本文研究了黑洞双星上下构型的不稳定性，提出基于Savage-Dickey密度比的贝叶斯方法来测试引力波事件的上下起源，并在LIGO/Virgo前三次观测运行数据中寻找潜在候选者。
2023-05-18 astro-ph.HE gr-qc
Computing waveforms for spinning compact binaries in quasi-eccentric orbits
已经提出了几种方案，其中双黑洞的轨道进入引力波探测器的带具有显着的偏心率。为了避免错过这些信号或偏置参数估计，重要的是，我们考虑考虑偏心率的波形模型。计算自旋黑洞在准偏心轨道上螺旋运动所产生的后牛顿（PN）波形所需的成分已经在2 PN阶上存在了近20年，最近这项工作已经扩展到2.5 PN阶。然而，直接实现这些波形的计算成本很高，需要每个轨道许多步骤来演化耦合微分方程系统。在这里，我们采用的标准技术的分离的时间尺度和广义开普勒参数化的轨道产生有效的波形描述自旋黑洞二进制与任意质量和自旋准偏心轨道上的1.5 PN顺序。我们分离的快速轨道的时间尺度从缓慢的自旋-轨道进动的时间尺度，通过解决轨道运动在一个非内部的参考框架，遵循轨道进动。我们概述了一个计划，将我们的方法扩展到更高的后牛顿秩序。
2010-07-09 astro-ph.HE gr-qc
Revisiting the Coprecessing Frame in the Presence of Orbital Eccentricity
California Institute of Technology（加州理工学院）；LIGO Laboratory, California Institute of Technology（LIGO实验室，加州理工学院）；Department of Physics & Astronomy, Amherst College（阿默斯特学院物理与天文系）；Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science, Cornell University（康奈尔大学天体物理学与行星科学中心）
研究在存在显著轨道偏心率时，耦合进动框架对波形建模的影响，发现尽管波形匹配度有所降低，但仍需进一步改进以提高建模精度。
2026-03-31 astro-ph.HE 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
Probing the incompressibility of nuclear matter at ultra-high density through the prompt collapse of asymmetric neutron star binaries
利用250个中子星并合的微观物理模拟，我们首次探讨了核不可压缩性在不同质量比双星瞬发坍缩阈值中的作用。我们表明，即时崩溃阈值的观测，无论是从二进制与两个不同的质量比或与一个质量比，但结合知识的最大中子星质量或紧凑性，将限制在最大中子星密度，$K_{\rm max}$，在百分之几十的不可压缩性。这种用其他方法无法得到的对$K_{\rm max}$的测量可能揭示出中子星内部超子或夸克的存在。
2022-05-17 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Observability of spin precession in the presence of a black-hole remnant kick
本文通过注入与恢复研究，探究残余反冲印记能否增强双黑洞信号对自旋进动的测量能力，发现大反冲信号可提升自旋与质量比的信息量，使等质量面朝双星的进动可被现有探测器识别。
2024-07-17 gr-qc
Effective-one-body waveforms for precessing coalescing compact binaries with post-newtonian Twist
自旋进动是致密双星合并的一个普遍特征，它在引力波形中留下了清晰的印记。在前人工作的基础上，我们提出了一个有效的时间域inspiral合并衰荡有效单体模型（EOB）的进动二元黑洞，它包括次主导模式超越$\ell=2$，和第一EOB频域近似进动二元中子星。我们验证了我们的模型对99“短”的数值相对论处理波形，我们发现$5\times 10^{-3}$，$7 \times 10^{-3}$的中位数不匹配的$0$，$π/3$的倾角，和21“长”的波形与中位数不匹配的$4 \times 10^{-3}$和$5 \times 10^{-3}$在相同的倾角。进一步与现有技术的$\texttt{NRSur7dq4}$波形模型进行比较，得到了5000个旋进配置在$0, π/3$倾角处的$4\times 10^{-3}, 1.8 \times 10^{-2}$的中值失配，其中旋进参数$χ_p$高达0.8，质量比高达4。为了证明我们的模型的计算效率，我们将其应用于参数估计和重新分析引力波事件GW150914，GW190412和GW170817。
2022-07-22 astro-ph.HE gr-qc
