Highly eccentric EMRI waveforms via fast self-forced inspirals
我们提出了新的发展和竞争的inspiral和波形模型的高度偏心非旋转极端和中间质量比inspirals（EMRIs和IMRIs）的比较。从我们的高偏心率自力库出发，我们应用近恒等变换（NIT）技术，以快速计算高偏心率自力吸气首次。在评估我们的近似NIT的结果，通过比较与充分的自我力量的inspirals，我们耦合我们的准确和精简的inspiral数据潜在的波形生成方案。我们发现，虽然高偏心率应变NIT方法，NIT吸气是一致的EMRI与充分的自我力量吸气。然而，我们的NIT实现（在第一绝热后顺序）是无法实现高度偏心IMRI的LISA动机的精度目标。我们最复杂的波形是通过一种新技术设计的，该技术有效地将NIT轨道参数与Teukolsky振幅和相位联系起来。我们将这些复杂的Teukolsky波形与基于组装的合成（谐波求和）振幅进行比较。我们发现，假设相同的世界线（使失相是可以忽略不计的），组装波形相比，有利的Teukolsky波形的非旋转机构。
2021-10-13 gr-qc
Approximate waveform templates for detection of extreme mass ratio inspirals with LISA
对于计划中的激光干涉仪空间天线（LISA）来说，紧凑物体进入大质量黑洞的吸气是最令人兴奋的引力波的潜在来源之一。对这种极端质量比螺旋（EMRI）的观测不仅将向我们揭示宇宙中黑洞的性质，而且将使我们能够验证大质量致密物体周围的时空结构与相对论的预测一致。通过匹配滤波和解释观测结果来检测EMRI信号将需要重力波形模型。极端的质量比允许精确的波形计算从黑洞微扰理论，但这是计算昂贵，尚未得到充分的发展。正在进行的研究范围LISA数据分析算法需要波形，可以快速生成大量。为了实现这一目的，已经开发了近似的“组装”EMRI波形的族，其捕获真实EMRI波形的主要特征，但是也可以以相对小的计算成本生成。在这篇论文中，我们简要介绍了一个这样的波形家族（“数字组装”），它的准确性和一些可能的方法，它可能会在未来得到改善。虽然准确的参数提取将需要使用微扰波形，这些近似波形是足够忠实的真实波形，他们可能能够发挥作用，在LISA数据中的EMRI检测。
2007-03-06 gr-qc
Confusion Noise from Extreme-Mass-Ratio Inspirals
星系核中的大质量黑洞捕获的致密天体（CO）（又名"极端质量比吸入“）将是LISA的一个重要来源。然而，很大一部分捕获将无法单独解析，因此将构成“混淆噪声”的来源，掩盖其他类型的来源。在这里，我们估计的形状和整体幅度的频谱的混乱噪音从CO捕获。总体幅度取决于捕获率，这是相当不确定的，所以我们提出了一个合理的范围内的利率的结果。我们发现，捕获混淆噪声对总LISA噪声曲线的影响范围从微不足道到适度，这取决于这些利率。估计范围高端的捕获率将使LISA的总体（有效）噪声水平最多提高$\sim 2$倍。虽然这会在一定程度上降低LISA对其他类别来源的敏感性，但总体而言，这对LISA来说是一个令人愉快的问题，因为这也意味着CO捕获的检测率几乎处于其最大可能水平（考虑到LISA的基线设计）。
2005-02-11 gr-qc
Gravitational Waves from a Compact Star in a Circular, Inspiral Orbit, in the Equatorial Plane of a Massive, Spinning Black Hole, as Observed by LISA
结果是通过对恒星质量物体在缓慢收缩的圆形赤道轨道上螺旋进入大质量黑洞的轨道演化和发射引力波的高精度计算得出的。这些计算的重点是最内层稳定圆轨道（isco）附近的螺旋-更具体地说，是在角速度Ω为0.03 <Ω/ Omega_{isco} < 1的轨道上。计算是基于Teukolsky-Sasaki-Nakamura形式主义，结果列在一组函数中，这些函数具有统一的阶数，代表对低轨道速度公式的相对论修正。这些表可为今后进行LISA空基引力波飞行任务的设计研究奠定基础。本文首先介绍了LISA的应用概况：计算了信噪比S/N，并将其作为黑洞质量M、自旋a和吸入天体质量μ的代表值的随时间演化的引力波频率的函数，其中到地球的距离取为r_o = 1Gpc。这些S/N对黑洞自旋以及M和μ有很强的依赖性。与预测的事件发生率的比较表明，探测这些波的前景很好，但如果螺旋形物体是白矮星或中子星，则不会超过1Gpc。这就要求适度降低LISA的本底噪声。最后对从观测海浪中提取信息的前景作了简要的讨论
2000-07-28 gr-qc
Accurate inspiral-merger-ringdown gravitational waveforms for non-spinning black-hole binaries including the effect of subdominant modes
本文给出了一个解析波形族，它描述了非自旋黑洞双星的涡卷、合并和衰荡过程中的引力波，包括几种非四极模[（$\ell = 2, m = \pm 1), (\ell = 3, m = \pm 3), (\ell = 4, m = \pm 4)$和$(\ell = 2, m=\pm2)$除外）]的影响.我们首先构建自旋加权球谐模的混合波形匹配的数值相对论模拟（与质量比$1-10$）描述后期inspiral，合并和衰荡的二进制后牛顿/有效的一体波形描述早期inspiral。通过对混合波形的傅里叶变换进行建模，利用微扰计算得到的解析函数，在频域中构造解析波形族。由此产生的高精度，即用型波形是高度忠实（不忠实$\simeq 10^{-4} - 10^{-2}$）的观察GW从非旋转黑洞二进制和非常便宜的生成。
2017-08-11 gr-qc
Null infinity waveforms from extreme-mass-ratio inspirals in Kerr spacetime
描述了Kerr时空中Teukolsky方程的双曲紧化。我们包括零无限的数值网格附加双曲面层的旋转黑洞和一个螺旋点粒子的轨道周围的紧凑的域。这种技术使我们能够研究，第一次，从大的和极端的质量比吸入克尔时空中提取的零无穷大的引力波形。我们的结果与以前的计算的测试和比较建立的双曲面层方法的准确性和效率。
2011-12-12 gr-qc
Optimal statistic for detecting gravitational wave signals from binary inspirals with LISA
一个在螺旋阶段早期的致密双星将被LISA的近单色引力辐射所捕获。但是，即使是这个看似无害的候选人也提出了有趣的检测挑战。将扫描这些源的数据将是通过时间延迟干涉测量法获得的LISA的12个数据流的三个函数的集合，这对于消除来自激光频率波动和光学工作台运动对这些数据流的噪声贡献是必要的。我们称这三个函数为伪检测器。任何伪探测器对给定天空位置的灵敏度都是LISA轨道位置的函数。此外，在LISA轨道上的给定点，每个伪探测器对同一天空位置的灵敏度不同。在这项工作中，我们得到了最佳的统计检测引力波信号，如从紧凑的双星早期在他们的inspiral阶段，在LISA数据。我们还介绍了如何灵敏度的LISA，定义这个最佳的统计，变化的天空位置和LISA的轨道位置的函数。最后，我们展示了如何通过在天空位置构建一个模板库来实现对LISA数据的螺旋信号的实时搜索。
2004-07-02 astro-ph gr-qc
Accurate recalibated waveforms for extreme-mass-ratio inspirals in effective-one-body frame
如何高精度、高效率地计算极质量比螺旋体（EMRI）中的引力波（GW）仍然是一个挑战。在本文中，我们提出了一个所谓的完全重新校准波形的EMRI具有高精度。基于求解Teukolsky方程的数值数据，我们重新校准了有效单体模型中使用的因子化波形的所有与质量比无关的系数。由于这些新的系数，波形的精度大大提高，远远高于原来的形式，同时高于其他现有的校准模型。我们相信我们的模型将在天基GW探测器的波形模板构建中发挥重要作用。
2017-06-13 gr-qc
Detecting extreme mass ratio inspirals with LISA using time-frequency methods
恒星质量致密天体对超大质量黑洞的吸入是LISA最重要的来源之一。基于完全相干匹配滤波的检测技术已被证明是计算上难以处理的。我们描述了一种有效的和强大的检测方法，利用这样的系统的时间-频率演化。我们表明，一个典型的极端质量比inspiral（EMRI）源可能被检测到的距离高达~2 Gpc，这将意味着~ 10 s的EMRI源可以检测到每年使用这种技术。我们讨论了使用这种方法作为第一步，在分层搜索的可行性。
2005-02-24 astro-ph gr-qc
Gravitational waves from inspiraling compact binaries: Second post-Newtonian waveforms as search templates II
我们提出了进一步的证据，第二后牛顿（PN）近似的引力波所发出的吸入紧凑的双星是足够的检测这些系统。这是通过将2 pN波形与从黑洞微扰理论计算的信号进行比较而建立的。不同的检测器噪声曲线的结果。我们还讨论了这种类型的分析的有效性。
1998-06-19 gr-qc
Can the post-Newtonian gravitational waveform of an inspiraling binary be improved by solving the energy balance equation numerically?
利用匹配滤波从螺旋形致密双星中探测引力波，关键取决于能否获得精确的模板波形。我们确定是否可以通过数值求解后牛顿能量平衡方程来提高模板定相的准确性，而不是（通常情况下）在后牛顿微扰膨胀中解析。通过专门化到小质量比的极限，我们发现证据表明，在精度上没有任何增益。
1999-12-17 gr-qc
Detecting extreme mass ratio inspiral events in LISA data using the Hierarchical Algorithm for Clusters and Ridges (HACR)
激光干涉仪空间天线（LISA）最令人兴奋的前景之一是探测从恒星质量致密物体的吸入物进入超大质量黑洞的引力波。这些源的检测是一个极具挑战性的计算问题，由于大的参数空间和低幅度的信号。然而，最近的工作表明，最近的极端质量比螺旋（EMRI）事件将足够响亮，可以使用计算成本低，无模板的技术，如时间-频率分析来检测它们。在本文中，我们研究了一个特定的时间-频率算法，聚类和脊的分层算法（HACR）。该算法在功率图中搜索聚类，并使用这些聚类的属性来识别数据中的信号。我们发现，HACR应用到原始频谱图表现不佳，但当数据在构建频谱图时，该算法可以检测到典型的EMRI事件的距离高达$\sim2.6$ Gpc。这比之前考虑的简单的剩余功率方法更进一步。我们讨论的HACR算法，包括调整为单个和多个源，并说明其性能检测典型的EMRI事件，和其他可能的LISA源，如白矮星双星和超大质量黑洞合并。我们还讨论了如何HACR集群属性可用于参数提取。
2007-01-04 gr-qc
Extreme Mass Ratio Inspirals: LISA's unique probe of black hole gravity
在这篇评论文章中，我试图总结过去和现在正在进行的工作的问题上的一个小机构的inspiral在一个更大质量的克尔黑洞的引力场。这种极端的质量比系统，预计将出现在星系核，将构成未来的LISA引力辐射探测器的引力辐射的主要来源。本文的主要目的是根据传统的“通量平衡”方法和Teukolsky黑洞微扰形式主义，概述克尔时空中的基本天体力学，计算引力波形和小天体轨道运动的反作用。
2005-09-07 astro-ph gr-qc
Inspiral-merger-ringdown waveforms of spinning, precessing black-hole binaries in the effective-one-body formalism
我们描述了一个通用的程序来产生自旋，进动波形，包括inspiral，合并和衰荡阶段的有效一体（EOB）的方法。该程序使用的进动框架中，进动引起的振幅和相位调制最小化，和惯性系，与自旋的最后黑洞，在其中我们进行了匹配的吸气暴跌合并振铃波形对齐。作为第一个应用程序，我们建立自旋，进动EOB波形的引力模式l=2，使在nonprecessing限制这些波形同意EOB波形最近校准的数值相对论波形。在不重新校准EOB模型的情况下，我们将EOB和后牛顿进动波形与Caltech-Cornell-CITA合作产生的两个数值相对论波形进行比较。数值波形有35个和65个重力波周期。我们发现EOB和数值相对论的旋进波形和自旋演化有着显著的一致性。合并时的相位差约为0.2 rad，而使用高级LIGO噪声谱密度计算的失配在仅在合并时的时间和相位以及偏振角上最大化时低于2%。
2013-07-23 gr-qc
Comparing second-order gravitational self-force and effective one body waveforms from inspiralling, quasi-circular and nonspinning black hole binaries II: the large-mass-ratio case
我们比较最近计算的波形从二阶引力自作用力（GSF）理论产生的一个新的，GSF知情，有效的一个机构（EOB）的波形模型（自旋对齐，偏心）inspiralling黑洞二进制大质量比。我们专注于准圆形，非自旋，配置和执行详细的GSF/EOB波形相位比较，无论是在时域或通过规范不变的无量纲函数$Q_ω\equiv ω^2/\dotω$，其中$ω$是引力波频率。在EOB辐射反应中包含高PN测试质量项（特别是高达22 PN）对于在质量比高达500的螺旋末端之前实现低于1弧度的EOB/GSF定相一致性至关重要。对于更大的质量比，直到$5\times 10^4$，水平吸收的贡献变得越来越重要，需要精确地建模。我们的研究结果表明，我们的GSF通知EOB波形模型是一个有前途的工具，以描述波形产生的中间或极端质量比inspirals为未来的引力波探测器
2022-11-02 gr-qc
Accelerating the evaluation of inspiral-merger-ringdown waveforms with adapted grids
本文提出了一种加速评估用于引力波数据分析的激励合并振铃波形模型的算法。虽然这个想法也可以应用在时域中，但这里我们关注的是频域，频域最通常用于降低引力波数据分析中的计算成本。我们的工作扩展了多频带的想法，这已经发展到加速频域波形，包括合并和振铃和球谐超越占主导地位的四极球谐。原始方法是基于启发式算法，该启发式算法基于螺旋来对用于数据分析的等间隔频率网格进行去细化，其中较粗的网格足以用于波形模型的准确评估。在这里，我们使用不同的标准，基于局部插值误差，这是更灵活的，可以很容易地适应一般波形，如果他们的现象是了解。我们讨论了我们在LIGO算法库中的PhenomXHM频域模型的实现，并报告了紧凑二元系统参数空间不同部分的加速。
2020-01-29 gr-qc
Extreme mass-ratio inspirals as probes of scalar fields: inclined circular orbits around Kerr black holes
本研究围绕 Kerr 黑洞周围倾斜圆轨道上的极端质量比旋进，评估 LISA 探测次级天体所携标量场的能力，发现其信号强度依赖轨道倾角且在顺行轨道上显著更大。
2024-01-17 gr-qc
Approximate Waveforms for Extreme-Mass-Ratio Inspirals in Modified Gravity Spacetimes
极端质量比的螺旋，即一个恒星质量的致密物体螺旋进入一个超大质量黑洞，是用星载毫赫兹引力波探测器探测的主要候选者，类似于激光干涉仪空间天线。在这样的吸气过程中产生的引力波对小物体运动的背景信息进行编码，提供了时空几何的示踪剂和强场物理的探测器。在本文中，我们构建近似的，“分析组装”波形的参数化后爱因斯坦修正，允许通用的，模型无关的变形的超大质量黑洞背景远离克尔度规的灵感。这些近似波形包括所有的定性特征的真实波形的一般inspirals，包括轨道偏心率和相对论性岁差。Kerr度规的变形是使用最近提出的，修改后的重力颠簸度规，参数化变形的Kerr时空，同时确保三个近似常数的运动保持测地轨道：一个保守的能量，方位角动量和卡特常数。变形表示修改后的重力效应，并已解析映射到几个修改后的重力黑洞解在四维空间。在分析组装波形中，保守运动由变形时空中测地线方程的后牛顿展开来建模，这反过来又引起辐射-反作用力的修改。这些分析组装波形作为第一步，以完成和模型无关的测试广义相对论与极端质量比的吸气。
2011-08-03 gr-qc
Probing Kerr symmetry breaking with LISA extreme-mass-ratio inspirals
Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)（空间科学研究所）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)（加泰罗尼亚空间研究学院）；Department of Physics, Universitat Autònoma de Barcelona（巴塞罗那自治大学物理系）
本文研究了围绕非Kerr致密天体的EMRIs，通过分析波形模型探讨Kerr度规的对称破缺，并评估LISA对偏离Kerr多极矩的约束能力。
2026-09-22 gr-qc
Fast Evolution and Waveform Generator for Extreme-Mass-Ratio Inspirals in Equatorial-Circular Orbits
在本文中，我们讨论了一个快速和准确的波形模型的准圆轨道演化的极端质量比吸气（EMRI）的发展。该模型简单地采用了一些数值Teukoulsky的能量通量和波形的数据，以拟合出一组多项式的整个通量和波形。这些多项式在整个演化域都是足够精确的，并且比再膨胀后牛顿（PN）能流和波形精确得多，特别是当黑洞的自旋变大时.我们采用的动力学方程的轨道革命是有效的单体（EOB）形式主义。由于公式的简化，用我们的多项式计算轨道演化的效率也优于传统的用图解的PN解析通量的方法。该模型可用于计算激光干涉空间天线（eLISA）等引力波探测器的EMRI波形模板。
2016-09-22 gr-qc
A New Waveform Consistency Test for Gravitational Wave Inspiral Searches
利用匹配滤波技术对干涉型引力波探测器采集的数据中的二进制内旋信号进行滤波。虽然匹配滤波在平稳高斯噪声的情况下是最佳的，但来自真实检测器的数据通常包含“毛刺”和过量噪声的发作，这导致滤波器输出强烈振铃。我们回顾了标准的χ^2统计量，该统计量用于测试滤波器输出是否具有来自几个不同频带的适当贡献。然后，我们提出了一种新型的波形一致性测试，这是基于滤波器输出的时间历史。我们对第一次LIGO科学运行的数据进行了一次这样的测试，结果表明，它清晰地区分了真正的螺旋波形和设法通过标准χ^2检验的大幅度假信号。
2004-04-15 gr-qc
Transition from inspiral to plunge for eccentric equatorial Kerr orbits
Ori和Thorne讨论了恒星质量的天体从圆形的、赤道的螺旋形到坠入超大质量（$10^{5}-10^{8}M_{\odot}$）克尔黑洞的过渡的持续时间和可观测性（与LISA一起）。我们将他们的计算推广到偏心克尔赤道轨道。即使轨道参数接近精确确定，我们发现，有没有通用的过渡长度;相反，过渡的长度依赖于敏感-基本上随机-初始条件。尽管如此，Ori和Thorne的零偏心率结果本质上是涉及类似物体的偏心过渡长度的上限（例如，$a$固定）。因此，对观测的影响也好不到哪里去：如果大质量天体是$M=10^{6}M_{\odot}$，被俘获的天体的质量是$m$，这个过程发生在距离LISA的距离是$d$，那么就是$S/N \lesssim (m/10 M_{\odot})(1\text{Gpc}/d)\times O(1)$，精确的常数取决于黑洞的自旋。对于低质量物体（$m \lesssim 7 M_\odot$），其事件发生率至少是模糊的理解，我们预计几乎没有机会（可能[远]小于10%，这在很大程度上取决于天体物理学假设）LISA在运行期间用$S/N>5$探测到一个跃迁事件;但是，在此情况下，即使是少量的高浓度质量体或LISA的噪声曲线的轻微改善可能在LISA的寿命期间潜在地产生$S/N>5$转变事件。
2002-11-07 gr-qc
Parameter estimation of compact binaries using the inspiral and ringdown waveforms
我们分析了可以被地面引力波探测器探测到的紧凑双星系统的参数估计问题。到目前为止，这个问题只处理的inspiral和ringdown阶段分开。在本文中，我们结合这两个信号的信息，我们研究的改进参数估计，在一个固定的信噪比，包括振铃信号，而不作任何假设的合并阶段。该研究是针对初始和先进的LIGO和VIRGO探测器进行的。
2006-06-06 gr-qc
Gravitational waves from inspiralling compact binaries: Parameter estimation using second-post-Newtonian waveforms
通过对激光干涉引力波探测器输出的引力波形模板进行匹配滤波，可以估算出螺旋形紧凑双星的参数。对于频率扫描，使用最近计算的公式，精确到第二后牛顿（2 PN）阶[阶数$(v/c)^4$，其中$v$是轨道速度]（$dF/dt$）的统计误差，研究了在确定“啁啾质量”$\cal M$，约化质量$μ$，以及自旋参数$β$和$σ$（分别与自旋-轨道效应和自旋-自旋效应相关）。我们发现，以前的结果使用模板相位精确到1.5 PN顺序实际上低估了错误的$\cal M$，$μ$，和$β$。对于两颗吸气中子星，测量误差增加不到16%。
1995-02-24 gr-qc
Gravitational waves from inspiraling compact binaries: Second post-Newtonian waveforms as search templates
我们确定的有效性的第二后牛顿近似的引力波发射过程中的绝热inspiral的一个紧凑的二元系统作为模板的信号搜索与更大规模的干涉检测器。参考信号是通过求解Teukolsky方程获得的，该方程适用于围绕一个大的非旋转黑洞在圆形轨道上运动的小质量。从该信号和这些模板计算的各种类型的二元系统的拟合因子都在90%以上。根据Apostolatos的准则，第二后牛顿波形应该成为可接受的有效搜索模板。
1997-05-13 gr-qc
Searching for extreme mass ratio inspirals in LISA: from identification to parameter estimation
本研究提出一种新搜索策略，用于从LISA噪声数据中识别极端质量比旋进信号并执行参数估计，是理解未来数据提取的关键步骤。
2025-05-23 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Detecting extreme mass ratio inspirals with LISA using time-frequency methods II: search characterization
恒星质量的致密天体吸入超大质量黑洞构成了LISA的一些最重要的来源。使用完全相干匹配滤波检测这些源在计算上是难以处理的，因此需要替代方法。在以前的论文（文和盖尔2005年，gr-qc/0502100），我们概述了一种检测方法的基础上寻找多余的功率在时间-频率频谱图的LISA数据。该算法的性能进行了评估，使用一个单一的“典型”的试验波形和近似的噪声统计。在本文中，我们提出的搜索噪声统计的蒙特卡罗模拟的结果，并检查其性能在检测更广泛的试验波形。我们表明，典型的极端质量比吸气（EMRI）可以检测到的距离高达1- 3 Gpc，取决于源参数。我们还讨论了一些剩余的问题，该技术和可能的方法，该算法可以改进。
2005-06-23 astro-ph gr-qc
Detecting fundamental fields with LISA observations of gravitational waves from extreme mass-ratio inspirals
激光干涉仪空间天线LISA将探测来自极端质量比Inspirals的引力波信号，在极端质量比Inspirals中，一个恒星质量的致密物体围绕一个超大质量黑洞运行，并最终坠入其中。在这里，我们报告了LISA探测极端质量比Inspirals中较小的致密物体是否被赋予标量场的能力，并测量它的标量电荷--一个无量纲的量，用来测量物体携带了多少标量场。通过信号的直接比较，我们表明，LISA将能够检测和测量的标量电荷的精度的百分比，这是一个前所未有的精度水平。这一结果是独立的起源的标量场的结构和其他属性的小型紧凑的对象，所以它可以被看作是一个通用的评估LISA的能力，以检测新的基本领域。
2022-02-10 astro-ph.HE gr-qc hep-th
LISA detections of massive black hole inspirals: parameter extraction errors due to inaccurate template waveforms
计划中的激光干涉仪空间天线（LISA）预计将探测z <5的大质量黑洞双星（MBHB）的螺旋和合并，其信噪比（SNR）为数百至数千。由于这些高信噪比，并且由于这些信噪比在数周至数月的时间段内不断增加，因此应该可以以高精度提取这些系统的物理参数;例如，对于z = 1时的~ 10^6 Msun MBHB，应该可以确定两个质量的~ 0.1%和天空位置的~ 1度。然而，这些只是由于噪声引起的误差：由于我们的最佳模型波形的不准确性，将存在额外的“理论”误差，这些误差仍然只是近似值。本文的目的是估计这些理论误差的典型幅度。我们为此目的开发数学工具，并将其应用到一个有点简化的版本的MBHB问题，在其中我们只考虑波形的inspiral部分，忽略自旋引起的进动，偏心率和PN振幅校正。对于这个简化版本，我们估计天空位置的理论不确定性通常为~ 1度，即，与统计不确定性相比。对于质量和自旋参数，我们的研究结果表明，虽然理论误差绝对会相当小，但对于最强的源，它们仍然会超过统计误差（大约一个数量级）。在这里开发的工具应该是有用的估计在引力波天文学的许多其他问题的理论误差的大小。
2007-09-05 gr-qc
Searching for binary coalescences with inspiral templates: Detection and parameter estimation
近年来，数值相对论的研究取得了显著的进展.这导致了引力波形信号的产生，涵盖了传统上称为致密双星合并的三个阶段-螺旋，合并和环缩。在本文中，我们研究的有用性的inspiral只有模板的检测和参数估计的数值相对论模拟产生的全聚结波形。为此，我们部署作为搜索模板波形的基础上终止于光环以及标准后牛顿波形的有效单体波形。我们发现，这两个都是很好的信号检测。参数估计在低质量时是好的，但随着二元系统质量的增加而退化。
2009-02-02 gr-qc
An algorithm for detection of extreme mass ratio inspirals in LISA data
从一个紧凑的物体螺旋向一个大质量的黑洞（MBH）发出的引力波信号被认为是LISA数据流中最难检测到的信号源之一。由于可能信号的大参数空间和在LISA的灵敏度带中花费的许多轨道周期，先前已经估计，对于具有模板网格的完全相干搜索将需要10^{35}个模板的数量级，这在计算上是不可能的。在这里，我们描述了一个算法的基础上的约束大都会黑斯廷斯随机搜索，使我们能够找到并准确地估计参数的孤立的EMRI信号埋在高斯仪器噪声。我们说明了该算法的有效性，从模拟LISA数据挑战轮1B数据集的搜索结果。
2009-02-24 astro-ph.CO gr-qc
Post-1-Newtonian tidal effects in the gravitational waveform from binary inspirals
来自一个螺旋状中子星双星系统的引力波信号将包含有关系统中潮汐耦合的详细信息，因此，也包含有关中子星内部物理的详细信息。为了提取这些信息，将需要高度精确的重力波形模型。本文计算了具有四极潮汐相互作用的双星系统的引力波信号，其中包括了守恒动力学和波动产生的所有后1牛顿阶效应。我们考虑在圆轨道上运动的具有磁感应四极矩的恒星，并将其四极矩近似为线性。我们发现，后1-牛顿修正增加了约20%的潮汐信号在引力波频率为400赫兹。
2011-01-09 gr-qc
Assessing signal cross talk between extreme-mass-ratio inspirals and Galactic binaries in LISA data
Argelander Institut für Astronomie, Universität Bonn（波恩大学阿根兰德天文研究所）；Astroparticule et Cosmologie, CNRS, Université Paris Cité（巴黎 Cité 大学国家科学研究中心天体粒子与宇宙学）
本研究探讨了LISA数据中极端质量比环形与银河系二元星信号的相互作用，发现银河系二元星可能影响EMRIs的检测和参数估计，通过贝叶斯推断验证了在去除干扰后EMRIs参数估计的准确性。
2025-12-14 astro-ph.IM gr-qc
Spherical inspirals of spinning bodies into Kerr black holes
本文研究了 Kerr 黑洞中自转次体的球形进动，通过建模引力波辐射通量并评估自转对信号的影响，发现忽略自转会导致LISA可检测的不匹配。
2025-12-15 gr-qc
BHPWAVE: An adiabatic gravitational waveform model for compact objects undergoing quasi-circular inspirals into rotating massive black holes
本研究推出开源Python工具bhpwave，基于黑洞微扰理论绝热近似快速构建极端质量比旋进系统引力波形，并验证了相位误差约10弧度时不会显著影响LISA的参数估计。
2024-03-07 gr-qc
Phenomenology of amplitude-corrected post-Newtonian gravitational waveforms for compact binary inspiral. I. Signal-to-noise ratios
我们研究的振幅校正后牛顿（PN）引力波形的现象学后果，而不是更常用的限制PN波形，为准圆形，绝热inspiral紧凑的二元对象。在初始检测器的情况下，已经表明，使用幅度校正的波形用于检测模板将导致比完全基于受限波形的模拟所建议的显著更低的信噪比（SNR）。我们进一步阐明的效果的起源进行了深入的分析处理。讨论扩展到先进的探测器，新的功能出现。非限制波形是轨道相位中的谐波的线性组合，并且在频域中，$k$次谐波在$k f_{LSO}$处截止，其中$f_{LSO}$是最后稳定轨道处的轨道频率。因此，使用非限制性模板，在主谐波（其是两倍于轨道相位的谐波）不进入检测器的带宽的情况下，可以实现相当大的信噪比。这将对探测涉及中等质量黑洞的双星螺旋产生重要影响。对于距离为100 Mpc的源，考虑到高次谐波将使Advanced LIGO的质量范围增加一倍，而EGO的质量范围将增加两倍。保守估计表明，受限波形低估了中等质量二元吸气的检测率至少20倍。
2006-11-05 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
Rush the inspiral: efficient Effective One Body time-domain gravitational waveforms
计算效率高的波形是至关重要的引力波数据分析的吸入和合并的紧凑双星。我们表明，后绝热（PA）近似的有效单体（EOB）描述的二元动力学，当推到高阶，允许一个准确和有效地计算波形的合并二元中子星（BNS）或黑洞（BBHs）合并前的几个轨道。这是完成绕过通常需要数值求解一组常微分方程（ODE）描述的相对EOB动态。在辐射反应小的假设下，对于给定的相对间距值，可以用{ \it解析法}求解动量的Hamilton方程。时间和轨道相位，然后恢复简单的数值求积。对于最小绝热的BBH情况，等质量，准极值自旋与轨道角动量反对齐，6PA/8 PA订单能够产生的波形，积累小于$10^{-3}$ rad的相位差相对于完整的EOB的$\sim 3$轨道合并前。类似的结果也适用于BNS。PA波形生成非常高效：对于10 Hz的标准BNS系统，PA近似中TEOBResumS EOB模型的非优化Matlab实现比基于标准ODE求解器的相应$C^{++}$代码快100倍以上（$\sim 0.09$秒）。一旦进一步优化，我们的方法将允许：（i）避免使用快速，但往往不准确，后牛顿inspiral波形，大大减少系统的影响，由于inspiral波形建模;（ii）减轻需要构建EOB波形替代参数估计代码中使用。
2019-11-25 gr-qc
Analytic Kludge Waveforms for Extreme Mass Ratio Inspirals of Charged Object around Kerr-Newman Black Hole
本文导出了一个带电的恒星质量致密天体（CO）螺旋进入一个带电的大质量Kerr-Newman（KN）黑洞（BH）的近似的"解析-kludge“（AK）波形。该系统中电荷对内旋轨道的改变可归因于三个来源：CO与MBH之间的电力、偶极电磁辐射的能流和MBH电荷引起的度规变形。所有这些都被明确地编码在轨道的基频中，这是在弱场区中解析计算的。通过计算带电和中性EMRI系统相对于星载探测器天琴和LISA的波形之间的失配，我们表明系统中的微小电荷可以在波形上产生明显的印记。最后，我们使用Fisher信息矩阵方法对电荷进行参数估计，发现在适当的场景下，精度可以达到$10^{-5}$的水平。我们还研究了电荷对电荷参数估计的影响，其中MBH电荷的影响可以很好地解释为它对内旋截止的影响。
2023-01-04 gr-qc
Small mass plunging into a Kerr black hole: Anatomy of the inspiral-merger-ringdown waveforms
我们在时域数值求解Teukolsky方程，得到了小质量粒子在Kerr黑洞赤道面上的引力波辐射。我们占轨道能量的耗散使用Teukolsky频域引力波通量圆形，赤道轨道，到光环。我们考虑Kerr自旋$-0.99 \leq q \leq 0.99$，并计算了（2，2），（2，1），（3，3），（3，2），（4，4）和（5，5）模式。我们研究大自旋制度，并发现一个非常简单的合并波形，由于暴跌轨道的极端圆形字符。我们还定量地研究了在衰荡过程中准正规模的混合，这会导致波形中复杂的振幅和频率调制。最后，我们解释了小质量比黑洞双星的研究如何有助于扩展有效的单体模型的可比质量，旋转黑洞双星的任何质量比和自旋幅度。
2014-04-07 gr-qc
Cosmic Swarms: A search for Supermassive Black Holes in the LISA data stream with a Hybrid Evolutionary Algorithm
我们描述了一个混合进化算法，可以同时搜索多个超大质量黑洞二进制（SMBHB）的LISA数据的灵感。该算法混合了进化计算、Metropolis-Hastings方法和嵌套抽样。SMBHB的内旋为引力波数据分析提出了一个有趣的问题，因为由于LISA响应函数，源具有双峰天空解。我们在这里表明，它不仅可以检测多个SMBHB的数据流中，但也同时调查所有的各种模式的全局解决方案。在所有情况下，该算法返回的参数确定值都在真实答案的$5σ$范围内（根据Fisher矩阵估计），无论是实际天空解还是对跖天空解。
2009-03-22 gr-qc
Inspiral waveforms for spinning compact binaries in a new precessing convention
通常使用基于牛顿轨道角动量${\bf L}_{\rm N}$的进动约定来模拟一般旋转致密双星的螺旋引力波。这种进动惯例的一个关键特征是它能够从轨道相位演化中去除所有自旋进动引起的调制。然而，这种约定通常采用后牛顿（PN）精确的岁差方程，适用于PN精确的轨道角动量${\bf L}$，以发展基于${\bf L}_{\rm N}$的岁差源框架。这促使我们在旋进惯例中开发出旋转致密双星的螺旋波形，该惯例明确使用${\bf L}$来描述双星轨道。我们的方法介绍了某些额外的3PN阶项的轨道相位和频率演化方程相对于通常的${\bf L}_{\rm N}$为基础的实现的旋进公约。通过计算采用${\bf L}$和基于${\bf L}_{\rm N}$的处理约定的螺旋波形之间的匹配来探索这些附加项的含义。我们发现，匹配估计是小于最佳值，即0.97，对于一个不可忽略的部分不等质量旋转致密双星。
2016-06-06 gr-qc
High-accuracy waveforms for binary black hole inspiral, merger, and ringdown
首次对等质量非自旋双星黑洞系统的16个轨道、并合和衰荡进行了谱数值模拟。这些模拟的引力波形累积了数值相位误差，当从模拟开始测量时，通过约0.1弧度的衰荡，当波形被时间和相移以在峰值振幅处一致时，约0.02弧度。观测者在无穷远处看到的波形是由在有限半径处通过相位精确到~0.01弧度的外推过程计算的波形确定的。在无限远处的这个波形和在r= 100 M的有限半径处测量的波形之间的相位差大约是半个弧度。最终质量与初始质量之比为M_f/M = 0.95162 +- 0.00002，最终黑洞自旋为S_f/M_f^2=0.68646 +- 0.00004。
2009-01-20 gr-qc
LISA extreme-mass-ratio inspiral events as probes of the black hole mass function
拟议的天基引力波探测器-激光干涉仪空间天线-的引力波来源之一是致密物体进入星系中心的超大质量黑洞的吸气-极端质量比吸气。使用LISA观测，我们将能够以非常高的精度测量每个EMRI系统的参数。然而，LISA观测到的EMRI事件的统计数据在约束天体物理模型方面比对单个系统的极其精确的测量更重要。LISA最敏感的黑洞的质量范围很难用其他技术探测，所以LISA提供了一个几乎独一无二的窗口。在本文中，我们探讨，使用贝叶斯技术，约束LISA EMRI观测可以放置在低红移的黑洞的质量函数。我们描述了一个一般的框架，接近这种类型的推理-使用多个观察相结合，以约束一个参数化的源人口。假设EMRI率与黑洞质量的标度是已知的，取一个由简单幂律dn/d（ln M）= A（M/M *）^b给出的黑洞分布，我们发现LISA可以测量参数到D（ln A）~ 0.08的精度，对于预测~1000个事件的参考模型，D（b）~ 0.03。即使只有10个事件，LISA也应该将斜率限制在约0.3的精度，这是黑洞质量函数的低质量斜率的当前观测不确定性水平。我们还考虑了一个模型，其中A和B的红移演变，但发现，EMRI的观测本身没有太大的权力来探测这样的演变。
2010-04-12 astro-ph.GA gr-qc
Towards models of gravitational waveforms from generic binaries: A simple approximate mapping between precessing and non-precessing inspiral signals
第二代引力波探测器时代的最大理论挑战之一是通用二进制波形的建模。我们引入一个近似，有可能显着简化这个问题。我们发现，通用的旋进二进制inspiral波形（涵盖一个七维空间的内参数）可以映射到一个二维空间的非旋进二进制，其特征在于由质量比和一个单一的有效总自旋。该映射包括将波形随时间旋转到四极对齐帧中，并且即使在过渡进动的情况下也是非常精确的（将$> 0.99$与$Δχ\leq 0.04$的总自旋中的参数偏差匹配）。此外，我们展示了一个简单的方法来构建混合后牛顿-数值相对论进动二进制波形的四极对齐的框架，并提供证据表明，我们的近似映射可以使用所有的方式合并。最后，基于这些结果，我们概述了一般性的波形模型，这将是未来工作的重点建设的一般建议。
2013-03-11 gr-qc
Event rate estimates for LISA extreme mass ratio capture sources
LISA引力波天文台最令人兴奋的前景之一是探测从致密物体的螺旋进入超大质量黑洞的引力辐射。大的inspiral参数空间和信号的低幅度使得这些源的检测在计算上具有挑战性。我们在这里概述了第一次削减数据分析计划，假设现实的计算资源。在这个方案的背景下，我们估计的信噪比，源需要通过我们的阈值和被检测到。结合对宇宙中源的估计，我们估计了LISA可以检测到的螺旋事件的数量。初步结果非常令人鼓舞-通过基线设计，LISA可以看到红移z=1的螺旋，并且应该在任务寿命期间检测到超过一千个事件。
2004-05-28 astro-ph gr-qc
Probing the Tidal Deformability of the Central Object in an Extreme Mass Ratio Inspiral with Analytic Kludge Waveforms
本研究开发解析克鲁奇波形，分析极端质量比旋进中潮汐洛夫数的影响，证明小TLN可产生可探测波形差异，并利用Fisher信息矩阵实现$10^{-4}$精度参数估计。
2023-06-21 gr-qc
Towards Tests of Alternative Theories of Gravity with LISA
恒星致密天体向大质量黑洞的内旋，通常被称为极端质量比内旋（EMRI），是未来激光干涉仪空间天线（LISA）最重要的引力波源之一。中等质量比螺旋（IMRI）也对推进地面引力波观测站感兴趣。我们在这里讨论如何修改的引力相互作用可以影响这些系统发出的信号和它们的可探测性LISA。我们特别关注陈-西蒙斯修正引力，这是一种出现在不同量子引力方法中的理论。
2010-01-27 gr-qc hep-th
Universal Waveforms for Extreme Mass-Ratio Inspiral
针对极端质量比无自旋双黑洞并合，本文构建绝热旋近与ISCO后测地运动两阶段并精确连接的通用引力波波形，仅需一次高成本计算即可通过缩放用于任意系统。
2025-05-12 gr-qc
Probing fundamental physics with Extreme Mass Ratio Inspirals: a full Bayesian inference for scalar charge
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））；School of Mathematical Sciences & School of Physics and Astronomy, University of Nottingham（诺丁汉大学数学科学学院与物理与天文学学院）；Nottingham Centre of Gravity, University of Nottingham（诺丁汉大学重力研究中心）；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）；School of Mathematics and Statistics, University College Dublin（都柏林大学学院数学与统计学院）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）；Department of Mathematics, National University of Singapore（新加坡国立大学数学系）；Laboratoire des 2 Infinis – Toulouse (L2IT-IN2P3), Universitè de Toulouse, CNRS（图卢兹双无穷实验室（L2IT-IN2P3），图卢兹大学，法国国家科学研究中心）
本文通过贝叶斯推断分析EMRI信号，探索包含额外无质量标量场的理论，预测LISA通过EMRI观测探测新基本场的能力。
2026-01-20 gr-qc
Accurate Effective-One-Body waveforms of inspiralling and coalescing black-hole binaries
连续一体化（EOB）形式包含几个柔度参数，特别是$a_5$、$\vp$和$\a$。我们在这里展示了如何共同约束这些参数的值，同时最佳拟合的EOB波形的两个，独立的，数值相对论（NR）模拟的吸气和/或合并的二元黑洞系统：发表的加州理工学院-康奈尔大学{ \it inspiral}数据（考虑引力波频率$Mω\leq 0.1$）的一边，和新计算的{ \it合并}数据的另一边。所得的，近似唯一的，“最佳拟合”EOB波形，然后示出表现出良好的协议与NR聚结数据的几个质量比。发现在$\sim 2464M$到引力波频率$Mω= 0.1$的时间跨度内，这个最佳拟合EOB波形和已发表的加州理工学院-康奈尔大学螺旋数据之间的移相在-0.0014和+0.0008弧度之间变化，在$Mω=0.1$到$Mω=0.1565$的96 M的时间跨度内，在+0.0013和-0.0185弧度之间变化。发现EOB和新的合并数据之间的相位差小于：（i）在等质量情况下，直到合并的时间跨度为730 M（11个周期）的$\pm 0.025$弧度，以及（ii）在2：1质量比情况下，直到合并的时间跨度为约950 M（17个周期）的$\pm 0.05$弧度。这些新的结果证实了EOB形式主义的能力，以提供精确的表示广义相对论波形，这是目前运行的引力波探测器所需要的。
2008-08-29 gr-qc
Inspiral waveforms of charged compact binaries and observational constraints
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Taiji Laboratory for GW Universe, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学太极引力波宇宙实验室）；Hunan Normal University（湖南师范大学）；Yangtze University（长江大学）
本文推导了带电致密双星次领头阶后牛顿频域波形，包含电磁修正以减小简并性，并利用GWTC-5.0事件对分量电荷质量比和质量施加观测约束。
2026-09-17 gr-qc
Systematic bias in LISA ringdown analysis due to waveform inaccuracy
SISSA（国际高等研究学院）；INFN Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；IFPU - Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高级理工学院物理与天体物理中心）
研究发现LISA观测中需至少3-10种模式以准确估计黑洞双星参数，因波形不准确导致系统偏差问题。
2026-03-12 gr-qc
Hybrid model for inspiral-merger-ringdown gravitational waveforms from comparable-mass, nonspinning binary black holes
针对可比质量无自旋双黑洞引力波旋近-并合-铃宕建模问题，提出改进混合近似方法，通过有效单体方法、修正势及优化边界数据，匹配NR波形的相对误差达10⁻³量级，解决了此前旋近晚期误差与铃宕频率不一致问题。
2025-11-12 gr-qc
