Ringing out General Relativity: Quasi-normal mode frequencies for black holes of any spin in modified gravity
本研究提出一种基于微扰谱展开的通用方法，可计算修正引力理论中任意亚极端自旋黑洞的准正模频率与阻尼时间，经标量-高斯-贝内特引力验证准确，助力引力波铃振检验研究。
2024-11-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Testing general relativity by means of ringlasers
本文讨论了用于测量地球自转的广义相对论效应的一个或多个环形激光器的最佳配置，如在行星表面上所表现的那样。分析的重点是设备的法线矢量位于子午面。证明了角度评价的关键作用。特别注意的是在最大信号的方向，最大限度地减少对方向的不确定性的灵敏度。使用环在不同的纬度提到和地球的非sfericity的问题进行了评论。
2016-12-29 gr-qc
Universal Polarimetric Signatures of the Black Hole Photon Ring
黑洞图像呈现出一个亮度增强的环形区域。在没有传播效应的情况下，这个“光子环”具有完全受广义相对论支配的普适特征，与发射的细节无关。在这里，我们表明，极化图像的黑洞也显示出普遍的属性。特别是，光子环表现出自相似的偏振模式，编码了黑洞的自旋。我们探索了长干涉基线上光子环的相应普适偏振特征，并提出了一种利用稀疏干涉阵列测量黑洞自旋的方法。这些特征可以使M87中的超大质量黑洞的自旋测量成为可能，以及通过未来将事件视界望远镜扩展到太空，在强场区域中对广义相对论进行精确测试。
2020-01-23 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Uniformly Rotating Rings in General Relativity
本文讨论了广义相对论性的、自引力的、匀速旋转的、具有环形拓扑结构的理想流体（无中心物体）。对于描述流体物质的状态方程，我们考虑多方以及完全简并的完美费米气体模型。我们发现，相应的配置具有类似的性质，均匀相对论戴森环。一方面，对于物体内部给定的最大质量密度，质量没有限制。另一方面，每个模型允许准稳态过渡到极端克尔黑洞。
2005-09-02 gr-qc
Biases in Ringdown Tests of General Relativity from Gravitational-Wave Microlensing
Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学培养协会）；The Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics (IUCAA)（大学间天文学与天体物理中心）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所国际理论科学中心）
该研究发现引力波微透镜会在广义相对论振铃测试中产生系统偏差与虚假信号，影响残余天体参数推断及克尔假设检验。
2026-10-15 astro-ph.HE gr-qc
High-overtone ringdown fits: start time, no-hair tests, and correlations
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）；Gustavus Adolphus College（古斯塔夫斯阿道夫斯学院）
本文研究高阶谐波在环形震荡拟合中的实际效用，探讨其对起始时间、无发测试及相关性的影响，并通过贝叶斯方法分析高阶谐波振幅与相位的相关性。
2025-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the shape of a black hole photon ring
广义相对论预言，黑洞附近的引力透镜将在图像上产生狭窄的“光子环”。基于Johnson，Lupsasca等人最近的工作，专注于圆环，我计算了任意形状和强度的窄特征的长基线干涉签名。对于每个基线角，形状信息包含在作为基线长度的函数的复可见度的振荡频率中。这些结果提高了测量光子环详细形状并与广义相对论的精确预测进行比较的可能性。
2020-07-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Tests of general relativity in the nonlinear regime: a parametrized plunge-merger-ringdown gravitational waveform model
在有效单体框架下开发了参数化俯冲-合并-铃宕引力波形模型，用于探测非线性引力并约束广义相对论偏离，发现GW150914约束约20%，并揭示了GW200129_065458的波形系统误差影响。
2023-08-02 astro-ph.HE gr-qc
Ringdown Analysis of Rotating Black Holes in Effective Field Theory Extensions of General Relativity
该研究利用广义相对论有效场论扩展中快速旋转黑洞似正规模的计算突破，构建含等谱性破缺的引力波模板分析事件，未发现新物理信号并设长度尺度上限ℓ≲35 km，还为未来探测器研究奠定基础。
2024-11-26 gr-qc
On choosing the start time of binary black hole ringdown
二元黑洞合并的最后阶段是衰荡，其中系统被描述为具有准正规模扰动的Kerr黑洞。要确定振铃开始的时间远非易事。然而，确定这个时间对于广义相对论的精确测试是重要的，广义相对论将观测信号与振铃的准正规模式描述进行比较，例如无毛定理的测试。我们提出了一种算法的方法来分析的观测波形中的振铃开始时间的选择。这种方法的基础是确定强场与克尔黑洞（克尔内斯）的距离。使用数值相对论模拟，我们的特点的Kerrness的强场区域接近黑洞使用一组本地的，规范不变的几何和代数条件，测量本地等距克尔。我们制作了一张地图，将引力波形中的每个时间与这些Kerrness测量值相关联;这张地图是通过以下从强场和近场区域到波区的传出零特征产生的。我们在数值相对论模拟上进行了分析，参数与GW 150914-第一次引力波探测一致。我们发现，在GW 150914研究中使用的合并后的$3\,\mathrm{ms}$的振铃开始时间的选择，以测试广义相对论对应于一个高的无量纲扰动振幅的$ \sim 7.5 \times 10^{-3}$在强场区域。这表明，在更高的信噪比检测中，需要在稍后的时间开始分析信号，以进行依赖于黑洞微扰理论有效性的研究。
2017-11-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Images as Tests of General Relativity: Effects of Plasma Physics
事件视界望远镜获得的黑洞视界尺度图像为黑洞的度量和广义相对论的检验提供了新的探索。图像的特点是一个明亮的，近圆形的环，从引力透镜发射的热等离子体和深中央凹陷铸造的黑洞。度量测试依赖于这样一个事实，即明亮的环紧密地跟踪黑洞阴影的边界，并具有已使用模拟量化的小位移。在本文中，我们开发了一个自洽的协变分析模型的吸积流，跨越了广泛的等离子体条件和黑洞的属性，探索这一结果的普遍有效性。我们表明，对于任何物理模型的吸积流，环总是包含的轮廓的阴影，并没有取代它的一半以上的环宽度。这个结果是守恒定律和基本热力学考虑的结果，并不依赖于等离子体的微观物理或数值模拟的细节。我们还提出了一个定量测量之间的偏差亮环和阴影半径的分析模型的基础上。
2022-12-09 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
High accuracy post-Newtonian and numerical relativity comparisons involving higher modes for eccentric binary black holes and a dominant mode eccentric inspiral-merger-ringdown model
比较了精确到后牛顿三阶的后牛顿（PN）理论计算的离心轨道上螺旋形致密双星引力波的球谐模与数值相对论（NR）模拟计算的双黑洞（BBH）引力波的球谐模。我们结合两种方法（PN和NR）的结果，构建时域混合波形，描述了完整的演变BBH合并通过吸气合并振铃（IMR）阶段。这些杂交，然后用于构建一个完全解析的主导模式（$\ell$ =2，$|m|$ =2）偏心IMR模型。一个简单的扩展到多模式模型的基础上，这个主导模式模型。与准圆形IMR波形模型的重叠，包括更高模式的影响，在时间和相移上最大化，暗示了在分析比$\sim 80 M_{\odot}$轻的BBH时，在引力波形中包括偏心率的重要性（不匹配$>1\%$），而不管二进制的偏心率（当它进入LIGO波段时）或质量比。偏心率和更高的模式的综合影响似乎变得更加明显，通过较小的重叠与倾斜角和质量比的增加。此外，我们表明，国家的最先进的准圆形模型，包括更高的模式的效果将不足以提取源的初始偏心率$e_0$ $\gtrsim0.1$的信号属性。
2022-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Novel Ringdown Tests of General Relativity with Black Hole Graybody Factors
Sapienza Università di Roma（罗马大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
GreyRing模型通过灰体因子重现黑洞二体合并后信号，实现高精度参数测量，提供新的强引力场测试方法。
2026-10-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Plunge-Merger-Ringdown Tests of General Relativity with GW250114
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））；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Nottingham Centre of Gravity & School of Mathematical Sciences, University of Nottingham（诺丁汉大学重力研究中心与数学科学学院）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）
利用引力波GW250114测试广义相对论在强引力非线性阶段的符合性，采用参数化波形模型约束二体系统偏离程度，发现峰值引力波振幅和瞬时频率的偏离分别限制在10%和4%。
2026-01-22 gr-qc hep-ph
Measuring Spin from Relative Photon Ring Sizes
事件视界望远镜在M87* 的视界分辨图像中直接探测到一个明亮的环状结构，这是对广义相对论的一个惊人的验证。环的角大小和形状是发射区位置、质量和黑洞自旋的简并度量。然而，我们发现，多个环的观察，对应于低阶光子环，可以打破这种简并性，并产生质量和自旋测量的环的形状无关。我们描述了两个可能的实验，将测量自旋。第一，在不同的发射位置，在多个历元进行了直接发射和$n=1$光子环的观测。这种方法在概念上类似于由可变结构（或热点）引起的时空约束，因为它打破了使用时间可变性的极观测者的发射位置，质量和自旋之间的近乎完美的简并性。在第二，直接发射，$n=1$和$n=2$光子环的观测在一个单一的时代。对于这两种方案，额外的观测包括对广义相对论的检验。因此，比较事件视界望远镜在2017年和2018年的观测结果，可能能够产生第一个仅从强透镜推断的M87* 的视界尺度自旋估计。未来的高频、地球大小和天基无线电干涉仪的额外观测活动可以对广义相对论进行高精度测试。
2021-05-20 astro-ph.HE gr-qc
"Are Black Holes in Brans-Dicke Theory precisely the same as in General Relativity?"
本文研究了Brans-Dicke场方程的三参数解族。它们是静态的，球对称的。我们发现的参数范围内，这种解决方案代表一个黑洞不同的史瓦西之一。我们找到了一个与太阳系中的实验和观测结果相一致的解族。我们讨论了一些天体物理的应用和后果的“无毛”定理的黑洞。
1993-01-25 astro-ph gr-qc hep-th
A Beginner's Guide to Black Hole Imaging and Associated Tests of General Relativity
本文针对黑洞成像领域文献庞杂的现状，为新研究者提供入门指引，重点讲解黑洞光子环的基础概念，同时梳理部分前沿研究成果。
2024-02-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Ringdown mode amplitudes of precessing binary black holes
Universitá degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学）；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 Birmingham（伯明翰大学）
本文通过SXS模拟研究预cessing双黑洞环形振荡现象，利用高斯过程回归构建环形振荡幅度拟合模型，揭示预cessing对环形振荡激发幅度的影响。
2025-09-24 astro-ph.HE gr-qc
General relativity experiment with frozen spin rings
在近二十年的实验方案中，人们提出了一种冻结自旋储存环的概念，用于确定基本粒子电偶极矩的实验上限。在最近的一篇论文中，我们提出了一个完全协变的广义相对论（GR）计算在这样的混合磁电冻结自旋存储环的自旋输运，这可能有助于这种测量地球的引力修改效果。结果表明，类似于EDM信号，GR导致自旋进动出轨道平面，在冻结自旋条件下。垂直极化的累积率预计为-a*beta*gamma*g/c，其中g是地球表面的重力加速度，c是光速，beta*gamma是粒子动量与质量之比，而“a”是其磁矩异常。可以看出，该效应随着洛伦兹因子γ而无限增加。此外，它与磁矩异常'a'成比例。本文主要讨论了在一个现实的冻结自旋储存环配置检测这种效应的实验前景。这种测量将提供一种新的GR测试，在微观水平上采样GR的张量性质，作用于基本粒子的自旋矢量。结论是，相关的GR实验似乎是现实的大磁矩异常粒子，如tritons，helion 3或质子，而它是不现实的小磁矩异常粒子，如氘核，μ子或电子。
2019-01-18 gr-qc hep-ph hep-th
Testing General Relativity
这堂课将回顾广义相对论过去和现在的检验。本文将回顾这一理论的要点，并列举和分析可衡量的效果。广义相对论的主要历史证实将被描述。然后，将通过一些例子来回顾目前的情况。天体物理和天体测量观测所提供的机会将很快讨论。在地面实验方面，将特别关注环形激光器，并将介绍Gran Sasso实验室的一项专门实验，该实验的首字母缩写为GINGER。还将提到使用光的替代方案，如粒子束和超流环。
2015-03-03 gr-qc
Echoes from the black holes: Evidence of higher order corrections to General Relativity in strong gravity regime
我们发现，高阶曲率修正广义相对论在强引力制度的近视界尺度产生一个快速振荡和下落的Ricci标量火球外的地平线。这可以产生与由黑洞合并产生的固有频率相同的引力波的振铃模式。我们的分析提供了一个可行的解释，最近从LIGO数据中检测到的振铃模式的回波，没有调用任何奇异结构的存在在地平线上。
2017-02-16 gr-qc
High-overtone fits to numerical relativity ringdowns: beyond the dismissed n=8 special tone
在广义相对论中，由不带电黑洞合并产生的残余物体是克尔黑洞。接近这一最终状态是通过发射一列被称为黑洞衰荡的晚期训练辐射来实现的。衰荡的形态是由一个可数的无限组阻尼正弦曲线，其复杂的频率完全由最终黑洞的质量和自旋。最近的研究结果主张，振铃波形从数值相对论可以完全描述从峰值的应变向前，如果准正常模式模型与$N_{max}=7$泛音使用。在这项工作中，我们将这种分析扩展到模型与$N_{max}\geq 7$到$N_{max}=16$泛音探索参数偏差的最终质量和最终自旋拟合nonprecessing二元黑洞模拟从SXS目录。为此，我们计算了克尔时空特殊的$(l=m=2, n=8,9)$泛频的自旋权重$-2$准简正模频率和角分离常数。我们发现，总的$N_{max}\sim 6$泛音平均足以模拟振铃开始在峰值的应变，虽然约$21\%$的情况下，研究至少需要$N_{max}\sim 12$泛音，以达到相当的精度上的最终状态参数。考虑来自较早或较晚时间点的波形，我们发现在每种情况下都可以达到非常相似的最大精度，发生在不同数量的泛音$N_{max}$处。我们提供了新的误差估计的SXS波形的基础上的外推和分辨率的引力波应变的不确定性。最后，我们观察到大量的不稳定性的最佳拟合振幅的音调超出基本模式和第一泛音的值，然而，不影响显着的质量和自旋的估计。
2022-01-07 gr-qc
Numerical-relativity simulations of the quasi-circular inspiral and merger of non-spinning, charged black holes: methods and comparison with approximate approaches
我们提出了完全广义相对论模拟的准圆形inspiral和合并的收费，非自旋，二元黑洞与电荷质量比$λ\le 0.3$。我们讨论的关键功能，使这些二进制文件的长期和稳定的演变。我们还提出了一种计算电磁波携带的角动量的形式，以及电磁波对黑洞视界性质的贡献。我们实现我们的形式主义，并提出了第一次在数值相对论模拟的结果。此外，我们比较我们的完整的非线性解决方案与现有的近似模型的螺旋和振铃阶段。我们表明，牛顿模型的基础上的四极近似有20%-100%的误差在关键规范不变的数量。另一方面，对于所考虑的系统，我们发现，基于Kerr-Newman时空中测试粒子运动的残余黑洞自旋的估计与我们的非线性计算在百分之几以内一致。最后，我们讨论了未来的引力波探测器检测黑洞电荷的前景，无论是使用的inspiral-merge-ringdown信号或单独的ringdown信号。
2022-08-11 astro-ph.HE gr-qc
Possible golden events for ringdown gravitational waves
在广义相对论中，黑洞的拟正态模参数空间存在一个禁区。利用双黑洞产生的引力波的旋进相位和衰荡相位，我们提出了两种检验广义相对论的方法。我们还评估我们的方法将如何工作时，我们将它们应用到流行III黑洞二进制与典型的群众。采用事件发生率估计范围的简单平均值，我们的预期发生率为500 ${\rm yr^{-1}}$。那么，信噪比大于20和大于50的事件发生率分别为32 ${\rm yr^{-1}}$和2 ${\rm yr^{-1}}$。因此，在强引力区，通过观测到预期的准正规模，有很好的机会来证实（或反驳）爱因斯坦理论。
2015-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Black Rings
黑环是一个五维黑洞，其事件视界的拓扑结构为S1 x S2。介绍了广义相对论和弦论对黑环的描述。新方面的介绍包括一个新的方法来构建黑环坐标和黑环显微镜的批判性审查。
2006-09-20 gr-qc hep-th
Parametrized Black Hole Quasinormal Ringdown Formalism for Higher Overtones
本研究聚焦参数化黑洞拟正则铃振形式体系的高次泛音，发现其拟正则频率与广义相对论的偏差随泛音阶数增大，可通过解析方法解释，该结论为利用拟正则模泛音约束引力理论提供了依据。
2024-05-30 gr-qc hep-th
Gravitational ringing of rotating black holes in higher-derivative gravity
我们研究引力扰动的缓慢旋转的黑洞在广义有效场论扩展的广义相对论，其中包括多达八个衍生条款。我们表明，两个薛定谔方程与自旋相关的有效势支配的奇，偶宇称主变量。这些方程被耦合用于宇称违反修正，由于它们在广义相对论中的等谱性，这种耦合甚至在高阶导数修正中的线性阶影响准正规模。我们提供的基本quasinormal模式的频率在线性顺序的自旋，我们希望通过未来的引力波观测高精度的现象学的变化的结果。
2021-11-04 gr-qc hep-th
Iterative extraction of overtones from black hole ringdown
针对双黑洞并合铃振引力波中高阶泛音易过拟合、难稳定提取的问题，提出时域拟合减除最长寿命模式的迭代方法，经模拟与数值相对论波形验证可更稳定提取泛音，助力克尔时空检验。
2024-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Why pseudo-complex General Relativity? and Applications
本文对伪复广义相对论作了简要的讨论。结果表明，该理论是GR的一个可行的扩展，偏差集中在事件视界附近。该理论引入了一个暗能量积累，由于耦合到中心质量。这一理论的预测恢复，例如在一个吸积盘的结构，与黑暗的环后面的明亮的环进一步。目前的事件视界望远镜对M87的观测由于分辨率较低而无法区分GR和pcGR。进一步的预言也作了讨论，如中子星的物理，恒星表面的红移和准周期天体。
2022-02-16 gr-qc
Flexible mapping of ringdown amplitudes for nonprecessing binary black holes
本文提出基于高斯过程回归和SXS模拟的数据驱动代理模型，用于拟合非进动准圆形双黑洞的16种振铃模式振幅与相位，重建误差较探测器测量误差低约两个数量级。
2024-12-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Inspiral-Merger-Ringdown Consistency Tests with Higher Modes on Gravitational Signals from the Second Observing Run of LIGO and Virgo
目前对广义相对论的检验是使用近似法进行的，这种近似法忽略了爱因斯坦理论完整解的一个关键特征：高阶模。我们的分析将重新评估这些测试，包括这些高阶模式的影响。我们已经选择进行吸气合并振铃一致性测试的引力瞬变探测LIGO和处女座在观测运行O2。我们使用一个近似，其中包括所有更高的模式与$\ell \le 4$（NRSur 7 dq 2），然后，对于最有趣的情况下，我们重复的测试，涉及适合数值相对论模拟。
2019-03-14 gr-qc
A precise extragalactic test of General Relativity
爱因斯坦的引力理论，广义相对论，已经在太阳系的尺度上得到了精确的检验，但是引力的长程性质仍然没有得到很好的约束。附近的强引力透镜ESO 325-G 004提供了一个实验室来探测引力的弱场状态，并测量每单位质量产生的空间曲率$γ$。通过重建观测到的透镜弧的光剖面和观测到的空间分辨恒星运动学与一个单一的自洽模型，我们得出结论，$γ= 0.97 \pm 0.09$在68%的置信度。我们的结果与广义相对论对1的预言是一致的，并对引力的弱场度规提供了强的河外约束。
2018-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
An approach to computing spectral shifts for black holes beyond Kerr
最近的测量引力波衰荡合并后的二元黑洞提高了精确的黑洞光谱在不久的将来的前景。为了使用衰荡测量对黑洞的性质进行最敏感的测试，计算相对论特定扩展中的黑洞光谱的偏差是至关重要的。这些光谱位移也需要解释任何违反相对论的预测，可能会发现在振铃。在这里，我们提出了第一步计算的位移的频谱的克尔黑洞与任意自旋，通过推导出一个修改Teukolsky方程的黑洞的扰动理论超越GR。我们的方法适用于一类理论，其中包括动态陈-西蒙斯重力和移位对称标量高斯-邦纳重力，在相对论的偏差是小的情况下。这允许微扰方法来求解运动方程。此外，我们展示了如何使用修改后的方程计算的领先级的克尔黑洞的光谱位移，使用本征值微扰方法。我们的形式主义提供了一个实用的方法来预测振铃的黑洞在一系列有前途的相对论扩展，使未来的精确搜索他们的签名在黑洞振铃。
2022-06-21 gr-qc
Testing general relativity using gravitational wave signals from the inspiral, merger and ringdown of binary black holes
高级LIGO最近对合并双黑洞的引力波（GW）的观测开辟了一个独特的实验室，以在高度相对论性的制度中测试广义相对论（GR）。用来确定第一个LIGO事件与GR预测的二元黑洞合并的一致性的测试之一是inspiral-merge-ringdown一致性测试。这涉及到从观测信号的内旋（低频）部分推断残余黑洞的质量和自旋，并检查推断参数与从信号的后内旋（高频）部分估计的参数的一致性。基于观测到的双黑洞合并率，我们预计先进的GW天文台在其设计灵敏度下运行时，每年将观测到数百个双黑洞合并，其中大多数具有适度的信噪比（SNR）。预期这样的观察，本文展示了如何从大量的事件与适度的信噪比的约束可以结合起来，产生强大的约束，从GR的偏差。使用组装修改GR波形，我们演示了如何测试可以识别某些类型的偏离GR，如果这种偏差存在于信号波形。我们还研究了该测试对各种不同分析参数的合理变化的稳健性。
2018-04-13 gr-qc
An eccentric binary black hole inspiral-merger-ringdown gravitational waveform model from numerical relativity and post-Newtonian theory
本文提出了一种计算非自旋偏心双黑洞系统的螺旋、合并和衰荡引力波形的方法。使用后牛顿展开来计算螺旋波形，并且通过内插少量准圆形NR波形来计算合并波形。圆形合并波形的使用是可能的，因为偏心双星在合并前的最后几个周期中循环，我们证明了质量比$q = m_1/m_2 = 3$。完整的模型被校准到23个数值相对论（NR）模拟，从合并前的约20个周期开始，偏心率$e_\text{ref} \le 0.08$和质量比$q \le 3$，其中$e_\text{ref}$是合并前的偏心率约7个周期。NR波形足够长，使得对于具有总质量$M \ge 80 M_\odot$（$230 M_\odot$）的BBH系统，它们在30 Hz（10 Hz）以上开始。我们发现，对于先进的LIGO在其第一次观测运行时的灵敏度，偏心模型具有超过97%的NR的忠实性与系统的总质量$M \ge 85 M_\odot$在整个参数空间（$e_\text{ref} \le 0.08, q \le 3$）。对于总质量为$M \ge 70 M_\odot$的系统，对$e_\text{ref} \lesssim 0.05$和$q \le 3$的忠实度超过97%。该模型的NR波形和Mathematica代码是公开的。
2017-09-06 gr-qc
Multi-band gravitational wave tests of general relativity
黑洞的剧烈碰撞为爱因斯坦的广义相对论在强/动态引力体系中提供了极好的实验平台。在这里，我们证明了分辨能力，可以获得后，使用多波段观测引力波从地面和空间为基础的探测器。我们发现显着的改进，在两个通用的参数化测试的广义相对论和一致性测试的吸气合并振铃部分的波形在单波段检测。这种多波段观测对于前所未有的探测至关重要，例如引力中的宇称违反。
2020-08-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Ringdowns for black holes with scalar hair: the large mass case
针对大质量黑洞，利用标量电荷与质量之比作为微扰参数构建准正规模有效场论方案，发现QNM频率修正在大质量时被极大抑制，LISA极难探测到标量毛证据。
2024-08-30 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Eikonal quasinormal modes of black holes beyond General Relativity
在广义相对论中，我们对黑洞准正规模的物理直觉大多来自程函/几何光学近似。根据已建立的程函模型，基本准正规模代表在黑洞测地光子环附近轨道运行的波包，慢慢地向事件视界和无穷远处剥离。程函近似除了作为一种“可视化”工具外，还提供了一种计算模式频率的简单定量方法，与严格的数值结果非常一致。在本文中，我们远离爱因斯坦的理论和它的花园品种黑洞，并继续考虑球对称黑洞在修改后的引力理论通过程函近似的镜头。这种黑洞的准正规模通常由一组耦合波方程描述，这些方程对应于不同的场自由度。考虑一般的，理论不可知的，系统的两个方程的两个扰动场，我们推导出程函公式的复杂的基本准正规模频率。此外，我们还证明了程函模可以与有效势的极值及其相应的“光子环”相联系。作为我们的结果的应用，我们考虑一个具体的例子，修改后的引力理论与已知的黑洞准正规模式，并发现这些是很好的近似程函公式。
2019-08-26 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black Hole Spectroscopy: Systematic Errors and Ringdown Energy Estimates
一个扭曲的黑洞松弛到它的最终状态提供了在当前和即将到来的引力波设施范围内对广义相对论的重要检验。在黑洞微扰理论中，这一阶段由指数衰减正弦曲线（准正规模）和幂律尾的简单线性叠加组成。要以规定的精度描述波形，需要多少个拟正规模？如果只包括拟正规模而不包括尾部，我们会产生什么样的错误？在当前最先进的数值波形中还存在哪些其他系统效应？这些问题是用扭曲的黑洞测试基础物理学的基础，但在文献中几乎没有提到。我们使用数值相对论波形和精确的演化内黑洞微扰理论提供一些答案。我们表明：（i）一个基本的$l=m=2$准正规模式内$1\%$或更好的确定需要包括至少第一泛音，最好是前两个或三个泛音;（ii）一个确定的黑洞质量和自旋精度优于$1\%$需要包括至少两个准正规模式，任何给定的角谐模式$(\ell,\,m)$。我们还改进了以前的估计和适合的振铃能量辐射在各种多极。这些结果是重要的量化理论（而不是仪器）的参数估计精度和测试的广义相对论允许振铃测量高信噪比引力波探测器的限制。
2017-10-05 astro-ph.HE gr-qc
Reanalyzing the ringdown signal of GW150914 using the F-statistic method
本文利用新提出的F统计量方法重新分析GW150914振铃信号以搜寻第一泛音模式，结果与时域贝叶斯推断一致，未发现第一泛音模式存在的证据，同时展示了该方法发掘引力波信号细微特征并为黑洞性质提供新见解的潜力。
2025-03-11 astro-ph.HE gr-qc
Modelling the Ringdown from Precessing Black Hole Binaries
模拟双黑洞合并的终点是现代引力波天文学的基石。从振铃信号中提取多个准正规模式频率，可以对残留的黑洞进行前所未有的详细研究。先前对对齐自旋双星的数值相对论模拟的研究发现，如果包括泛音（可能还有镜像模式），则可能比以前想象的更早开始振铃分析。这增加了振铃中的信噪比，使得次主导模式的识别更容易。在本文中，我们研究，第一次，黑洞二进制与失调的自旋，并发现一个更大的变化，在性能的振铃适合比对齐自旋的情况下。镜像模式和高次谐波以及泛音的包含提高了具有较早开始时间的振铃拟合的可靠性;然而，仍然存在拟合性能差的情况。虽然使用泛音结合早期振铃开始时间是一个诱人的可能性，但有必要谨慎行事。我们还考虑在这种类型的准常态模式研究中使用数值相对论代理模型的第一次，并解决重要的问题，用于拟合的基本数值波形的准确性。
2021-05-10 astro-ph.HE gr-qc
Universal Interferometric Signatures of a Black Hole's Photon Ring
事件视界望远镜拍摄的M87星系中的超大质量黑洞的图像被一个明亮的、未被分辨的环所主导。广义相对论预测，在这幅图像中隐藏着一个薄的“光子环”，它由无限序列的自相似子环组成，这些子环由围绕黑洞的光子轨道数量索引。子环接近黑洞“阴影”的边缘，随着轨道数的增加，子环呈指数级变窄但变弱，高阶子环的贡献似乎可以忽略不计。在这里，我们表明，这些子环产生强大的和普遍的签名长干涉基线。这些特征提供了精确测量黑洞质量和自旋的可能性，以及广义相对论的测试，只使用稀疏的干涉阵列。
2020-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Merger states and final states of black hole coalescences: a numerical-relativity-assisted effective-one-body approach
我们研究在何种程度上的有效单体描述的动力学状态的非旋转，合并的二元黑洞（无论是在合并，或振铃后）同意与数值相对论的结果。这种比较使用的估计综合损失的能量和角动量在振铃，推断从最近的数值相对论数据。我们发现，值，预测的有效单体形式主义，系统的能量和角动量同意在每密耳的水平与他们的数值相对论对应，无论是在合并和在最终状态。这一发现再次证实了有效单体理论即使在强引力场中也能精确描述双黑洞的动力学。我们的工作还提供了预测（和分析拟合）的最终质量和最终自旋的合并黑洞的所有质量比
2013-07-11 gr-qc
Black Hole Images as Tests of General Relativity: Effects of Spacetime Geometry
超大质量黑洞的图像被光学薄的、辐射效率低的吸积流所包围，就像用事件视界望远镜观察到的那样，其特征是黑洞阴影周围有一个明亮的发射环。在克尔时空中，这个明亮的环，当狭窄时，紧密地跟踪阴影的边界，并且可以通过适当的校准作为它的代理。本文通过考虑两种特殊的时空几何来扩展这一说法的有效性：一种是修正引力理论的场方程的解，另一种是参数偏离克尔但当其偏离参数消失时恢复克尔时空的解。一个协变的，轴对称的分析模型的吸积流守恒定律的基础上，跨越了广泛的等离子体条件的计算合成的非克尔黑洞图像，然后进行分析和表征。我们发现在所有时空中：（i）在确定黑洞图像中观察到的环的直径时，起关键作用的是引力透镜不稳定光子轨道，而不是事件视界或最里面的稳定圆形轨道，（ii）这些图像中的亮环的大小与黑洞阴影的边界成比例，并包围黑洞阴影的边界，即使在明显偏离克尔时，以及（iii）吸积等离子体的物理性质的不确定性对图像的直径和黑洞阴影的直径之间的关系引入次优势修正。这些结果为利用黑洞图像探测和检验超大质量黑洞的时空提供了新的理论依据。
2022-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Testing general relativity via direct measurement of black hole kicks
本文提出通过直接测量双黑洞并合中残余黑洞的反冲效应来检验广义相对论，利用多普勒频移信号和数值相对论推断的差异构建零变量检验，发现未来探测器可高精度约束该效应。
2024-10-16 astro-ph.HE gr-qc
Testing general relativity using golden black-hole binaries
恒星质量的黑洞双星通过螺旋、合并和衰荡的合并是地基引力波（GW）探测器最有希望的来源之一。如果观测到的GW信号具有足够的信噪比，那么黑洞的质量和自旋就可以从信号的螺旋部分估计出来。使用这些估计的初始参数的二进制，质量和自旋的最终黑洞可以唯一地预测利用广义相对论数值模拟。此外，最终黑洞的质量和自旋可以从合并信号的振铃部分独立估计。如果双黑洞动力学是正确的描述广义相对论（GR），这些独立的估计必须是相互一致的。我们提出了一个贝叶斯实现这样一个测试的广义相对论，它允许我们结合多个观测的约束。使用组装修改的GR波形，我们证明了这个测试可以检测到足够大的偏差GR，并概述了预期的约束，从即将到来的GW观测使用第二代地面GW探测器。
2016-09-14 astro-ph.HE gr-qc
Frequency contamination from new fundamental fields in black hole ringdowns
University of Nottingham（诺丁汉大学）
研究新型基本场对黑洞环状衰变频率的影响，提出更通用的度规扰动模型以改进广义相对论的检验方法。
2025-11-24 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Quasinormal modes and their excitation beyond general relativity. II: isospectrality loss in gravitational waveforms
The Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院）；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））；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Universidad de Murcia（穆尔西亚大学）；University of Tübingen（蒂宾根大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究超越广义相对论中黑洞的quasinormal模式及其激发，探讨等谱性损失对引力波时间域环形衰减的影响，通过数值模拟分析两种基本模式的识别难度。
2026-04-14 gr-qc hep-th
First Overtone Mode in the Ringdown Signal of GW231028
Dalian University of Technology（大连理工大学）
研究通过分析 GW231028 铃宕信号，运用时域 F 统计框架和全贝叶斯时域采样，识别出多模式内容，包括一阶泛音等，对残余黑洞性质精确约束，验证无毛定理，与广义相对论一致。
2026-07-23 astro-ph.HE gr-qc
Scale Invariant Gravity and Black Hole Ringdown
引力的标度不变理论对宇宙的早期和晚期时间加速度给出了令人信服的解释。与大多数标量-张量理论不同，第五种力不存在，因此似乎不可能将标度不变引力与广义相对论区分开来。我们证明了Schwarschild-de Sitter黑洞的衰荡可能具有一组具有标度不变引力特征的质量模。原则上，这些新模式可以用来区分尺度不变引力和广义相对论。在实践中，我们讨论了产生这些新的大质量模式的障碍，以及它们在未来的引力波实验中的可探测性，但也推测了它们在克尔黑洞中的作用。
2019-10-10 astro-ph.CO gr-qc
Black hole ringdown from physically sensible initial value problem in higher-order scalar-tensor theories
针对高阶标量–张量理论中含线性时变标量场的隐身黑洞，本文研究奇宇称扰动的 QNMs 与物理初值问题，揭示频率标度、参数–质量简并及超光速扰动可逃离背景视界。
2023-10-15 gr-qc hep-th
Fundamental Tone and Overtones of Quasinormal Modes in Ringdown Gravitational Waves: A Detailed Study in Black Hole Perturbation
地面引力波探测器观测到的致密天体双星的衰荡引力波包含了丰富的信息，可以用来理解合并后的残余天体，并在强场中检验广义相对论。在这项工作中，我们详细研究了衰荡引力波，以更好地了解他们的性质，假设残留的对象是黑洞。为此，我们在闭限近似下，利用黑洞微扰方案对双黑洞合并后的相位进行了数值模拟，得到了比现有相对论数值模拟误差更小的衰荡引力波数据.基于对观测数据的分析，我们提出了一种描述基音和泛音的准正规模函数的正交归一化方法来模拟衰荡引力波。最后，通过对所提出的模型的一些论证，我们简要地讨论了衰荡引力波数据分析的前景，包括准正规模的泛音。
2021-09-28 gr-qc
On the universality of late-time ringdown tail
Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma & INFN, Sezione di Roma（罗马大学物理系与意大利国家核物理研究所罗马分部）
本文分析了广义相对论中真空黑洞晚期时间响应的普遍性，证明了当有效势衰减为1/r²时，尾部衰减具有普遍性，而不同衰减形式会导致不同的幂律衰减。
2026-05-13 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Inspiral-merger-ringdown waveforms for black-hole binaries with non-precessing spins
基于完整的广义相对论对后旋、合并和衰荡的描述，首次给出了自旋非旋进的双黑洞的解析的旋进合并衰荡引力波形.通过匹配后牛顿描述的inspiral的一组数值相对论模拟，我们得到了一个波形的家庭，一个方便的少量的物理参数。这些波形将使我们能够检测到一个更大的参数空间的BBH聚结，包括相当一部分的进动二进制的可比质量制度，从而显着提高预期的检测率。
2011-06-08 astro-ph.CO gr-qc
