Shouts and Murmurs: Combining Individual Gravitational-Wave Sources with the Stochastic Background to Measure the History of Binary Black Hole Mergers
引力波天文学的目标之一是量化紧凑双星合并率随红移的演化。黑洞并合的红移分布可以提供大量有关其演化历史的信息，包括它们的祖先形成速率、黑洞形成对恒星金属丰度的依赖性以及形成与并合之间的时间延迟分布。然而，测量双星红移分布的努力目前受到现有仪器的探测范围的限制，这些仪器只能单独分辨出$z\lesssim1$之外的紧凑双星合并事件。我们提出了一种新的策略，与测量的红移分布的二元黑洞合并远远超出了目前的仪器的检测范围。通过综合直接探测单个分辨的合并与\textit{indirect}搜索由于未分辨的遥远源而产生的随机引力波背景，我们可以收集关于峰值红移$z_p$的信息，在该峰值红移处，即使当该红移超出探测视界时，双黑洞合并率也达到最大值。使用先进的LIGO和处女座的第一次和第二次观测运行的数据，我们采用这种策略，把联合约束$z_p$和斜率$α$的二进制合并率增加在低红移，排除合并率的增长速度比$α\gtrsim 7$和峰值超过$z_p \gtrsim 1.5$。展望未来，我们预计，大约一年的观察与设计敏感性先进LIGO将进一步打破剩余的简并，使直接测量的峰值红移的二元黑洞合并的历史。
2020-05-25 astro-ph.HE gr-qc
The Mass Ratio Distribution of Tertiary Induced Binary Black Hole Mergers
许多提出的黑洞（BH）合并的方案涉及一个第三同伴，诱导冯齐佩尔-利多夫-科扎伊（ZLK）偏心周期的内部二进制。这种机制的一个吸引人的特点是，当八极级效应（也称为偏心Kozai机制）很重要时，合并概率会增加。当三元组份的质量与二元组份相当时，就可能出现这种情况。由于八极强度[ $\propto (1-q)/(1+q)$ ]随着双星质量比$q$的减小而增加，这种ZLK引起的合并有利于质量比较小的双星。我们使用的数值和分析方法相结合，充分表征八极增强的二进制BH合并，并提供分析标准，有效地计算这种增强的强度。我们发现，对于具有半长轴比$a/a_{\rm out}\gtrsim 0.01$ - $0.02$的分层三元组，当$q$从1减小到$0.2$时，二进制合并分数可以增加一个大的因子（高达$\sim 20$）。在这种情况下产生的合并二进制BH的质量比分布与LIGO/VIRGO合作获得的观测分布紧张，虽然显着的不确定性仍然存在关于二进制BH质量和质量比的初始分布。
2021-06-14 astro-ph.HE gr-qc
2-OGC: Open Gravitational-wave Catalog of binary mergers from analysis of public Advanced LIGO and Virgo data
我们提出了第二个开放的引力波目录（2-OGC）的紧凑的二元聚并，从先进的LIGO的第一次和第二次观测运行的完整的公共数据集。我们还首次搜索了处女座天文台的公共数据。我们的搜索的灵敏度受益于更新的候选事件的排名方法，包括非平稳检测器噪声和不同的网络灵敏度的影响，在一个单独的有针对性的二进制黑洞合并搜索，我们也施加了二进制组件质量的先验分布。我们确定了一个人口的14个二元黑洞合并事件的天体物理起源的概率$> 0.5$以及二元中子星合并GW 170817。我们确认了先前报道的事件GW 170121，GW 170304和GW 170727，还报道了GW 151205，一个新的边缘双黑洞合并，其主要质量为$67^{+28}_{-17}\,\mathrm{M}_{\odot}$，可能是通过分层合并形成的。我们没有发现额外的显着的双中子星合并或中子星-黑洞合并事件。随着我们对潜在种群的理解的发展，为了更深入地跟踪，我们提供了我们全面的事件目录，包括候选者的亚阈值种群和来自30个最重要的二元黑洞候选者的参数推断的后验样本。
2020-03-02 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole - Neutron Star Binary Mergers: The Imprint of Tidal Deformations and Debris
引力波干涉仪灵敏度的提高将带来对双黑洞和双中子星合并的额外探测。它也很可能增加许多黑洞-中子星双星的合并事件。区分高质量比的混合双星和双星黑洞合并可能是具有挑战性的，因为在这种情况下，中子星与黑洞合并而没有经历重大的破坏。为了研究混合二进制合并到那些行为更像二进制黑洞合并的过渡，我们提出了不同的质量比合并模拟的结果。我们展示了中子星的变形和破裂程度如何影响螺旋和合并动力学，最终黑洞的性质，由潮汐碎片的圆形化形成的吸积盘，引力波，以及应变谱和失配。计算结果还表明了将黑洞击穿的Bowen-York初始数据推广到有中子星伴星的双星的初始数据方法的有效性。
2021-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole and Neutron Star Binary Mergers in Triple Systems: Merger Fraction and Spin-Orbit Misalignment
由外部伴星引力扰动驱动的黑洞并合是LIGO探测到的黑洞并合双星的一类重要形成通道。我们研究了三重系统中双星BH的轨道和自旋演化，其中第三伴星通过Lidov-Kozai振荡激发内双星的大偏心率，导致双星通过引力辐射合并。使用单轨道平均和双轨道平均的长期动力学方程的三重态，我们确定合并窗口（范围内的同伴倾斜，允许内部的二进制合并）和合并分数作为各种系统参数的函数。对于典型的BH双星，合并分数迅速增加与扰动偏心率$e_{\rm out}$，因为八极摄动，达到$10-20\%$在$e_{\rm out}=0.9$。推导了在八极效应可忽略的情况下系统的合并窗口和合并分数的解析表达式，并将其应用于三重态的中子星双星合并。我们还遵循自旋演化的BH在同伴诱导的轨道衰变。从对齐的自旋轴开始，当双星进入LIGO带时，可以产生大范围的最终自旋轨道失准角$θ_{\rm sl}^{\rm f}$。对于八极效应较小的系统（如等质量双星或$e_{\rm out}\sim 0$），$θ_{\rm sl}^{\rm f}$的分布在$90^\circ$附近达到峰值。随着八重效应的增加，最终自旋轴的分布更加各向同性。总的来说，合并BH二进制产生的Lidov-Kozai振荡在三重显示出独特的分布的有效自旋参数$χ_{\rm eff}$，这可能是用来区分这个形成通道从其他人。
2018-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Binary neutron star mergers in massive scalar-tensor theory: Properties of post-merger remnants
本文通过数值相对论模拟研究大质量标量-张量引力理论下双中子星并合后遗迹的性质，发现激发标量场会提高即时坍缩阈值质量，并揭示超重中子星中存在长寿命ϕ-模式及去标量化在引力波中的独特特征。
2024-06-07 astro-ph.HE gr-qc
Pre/post-merger consistency test for gravitational signals from binary neutron star mergers
双星中子星（BNS）合并产生的引力波对预测中子星状态方程（EOS）的核物质模型具有约束作用。对吸气合并信号的物质影响被编码在多极潮汐极化率参数中，其前导阶组合足以高精度地捕获合并波形的关键特征（例如，合并频率）。类似的EOS不敏感的关系存在的合并后的信号，可以用来模拟从残留物的排放。有几项研究表明，通过观察违反这些对EOS不敏感的关系，可以推断出高密度合并后物质中新的自由度或相变的出现。在这里，我们展示了一个贝叶斯方法来测试这样的潮汐极化率参数（或任何其他等效参数）和占主导地位的合并后的频率之间的EOS不敏感的关系，使用信息或合并或合并后的信号。从技术上讲，这种方法类似于用双黑洞验证吸气合并振铃一致性的广义相对论测试。然而，与后者不同的是，BNS前/后合并一致性测试在概念上信息量较小，它们只解决假设的EOS不敏感关系的一致性（或破坏）。具体来说，我们讨论了如何这样的测试不能决定性地区分EOS不尊重这种关系和出现新的自由度（或相变）在高密度物质。
2023-01-23 astro-ph.HE gr-qc
Thermodynamics to infer the astrophysics of binary black hole mergers
本文引入了合并熵指数（$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$），这是一个新的度量广义相对论中任意一般双黑洞合并熵转移效率的参数。我们发现，$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$是有界的渐近最大值和最小值之间。对于LIGO和Virgo探测到的合并的观测种群，我们发现$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$是其理论最大值的$\lesssim30\%$。通过$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$在合并前后的状态之间施加物理上的一致性，我们展示了BRAHMA --一个新的框架来推断引力波探测的性质和天体物理意义。对于GW 190521-迄今为止观察到的最重的确认的二元黑洞合并-我们的框架排除了高质量比，负有效螺旋自旋和电磁对应物的要求。此外，我们的分析提供了一个独立的确认，GW 190521属于一个单独的群体。
2021-12-13 astro-ph.HE gr-qc
Numerical Test and Analysis of the 2nd Law of Black Hole Thermodynamics with Gravitational-Wave Data from Binary Black Hole Merger Events
利用引力波探测双星系统中的黑洞合并，为检验黑洞热力学第二定律提供了极好的机会。在本文中，我们回顾了如何计算任何天体物理黑洞的熵，我们使用LIGO和VIRGO的质量和自旋数据测量的黑洞合并事件在过去几年中检测到的熵计算和数值测试的广义热力学第二定律。此外，我们还分析了黑洞并合事件初始参数之间的数学关系，证明并得出了定理始终成立的结论。
2022-09-21 astro-ph.HE gr-qc
Binary Mergers near a Supermassive Black Hole: Relativistic Effects in Triples
研究了在等级三元系统中自旋超大质量黑洞对并合黑洞双星的轨道和自旋演化的广义相对论效应。一个足够倾斜的外轨道可以激发BHB的Lidov-Kozai偏心率振荡，并导致其合并。这些GR效应在BHB轨道和自旋上产生额外的进动，显着增加了合并的倾斜窗口，并在BHB进入LIGO波段时产生广泛的自旋取向。这种“GR增强”通道可能在BHB合并中发挥重要作用。
2019-09-06 astro-ph.HE gr-qc
The Search for Extra-Galactic Intelligence Signal Synchronized with a Binary Neutron Star Merger
我们讨论了接收来自银河系外智慧生物的无线电信号的可能性，大约在我们观察到他们星系中的一颗中子星合并的时候。高精度测量的二进制参数使他们能够发送信号之前，他们自己观察合并信号约$10^4$年。使用SKA，我们可以接收~ $10^4$比特的数据，从40 Mpc的距离传输，输出功率为~ 1 TW。我们还讨论了GW 170817的相关主题，并提到了未来引力波探测器在这种传输方案中的潜在作用。
2019-03-20 astro-ph.HE gr-qc
Avoiding a Cluster Catastrophe: Retention Efficiency and the Binary Black Hole Mass Spectrum
通过引力波识别的双黑洞合并的人口揭示了宇宙中黑洞内在性质的意想不到的特征。一个特别令人惊讶和兴奋的结果是在对不稳定质量间隙$\sim50-120~M_\odot$中可能存在黑洞。稠密的恒星环境可以通过等级合并填充这个质量空间区域，黑洞合并产物的保留效率强烈依赖于宿主环境的逃逸速度。我们使用简单的玩具模型来表示层次合并的情况下，在各种动态环境。我们发现，高逃逸速度$(\gtrsim300~\mathrm{km\,s}^{-1})$的环境中的层次合并有效地保留。如果这样的环境主导了双黑洞合并率，这将导致大量的高质量合并，这可能与当前双黑洞合并目录的经验质谱不相容。模型，有效地产生分层合并，并作出重大贡献，观察人口，因此必须调整，以避免“集群灾难”的过度生产的二元黑洞合并内和以上的对不稳定的质量差距。
2022-08-18 astro-ph.HE gr-qc
The Dynamics of Binary Neutron Star Mergers and of GW170817
随着首次通过引力波和光波GW 170817观测到中子星合并，致密双星合并已经成为核天体物理学的中心。它们被认为是产生r-过程元素的主要天体物理学场所之一，并且合并观测已经成为约束物质性质的基本工具。在这里，我们回顾我们目前的理解中子星合并的动力学，一般来说，特别是GW 170817。我们讨论的物理过程，管理的螺旋，合并，并合并后的演变，我们强调这些过程之间的联系，动态，和多信使观测。最后，我们讨论了该领域的开放问题和问题，以及通过更好的理论模型和新的观察相结合来解决这些问题的必要性。
2020-02-10 astro-ph.HE gr-qc
Formation of the First Two Black Hole-Neutron Star Mergers (GW200115 and GW200105) from Isolated Binary Evolution
在这项工作中，我们研究的形成前两个黑洞-中子星（BHNS）合并检测到的引力波（GW 200115和GW 200105）从大质量恒星在广泛的孤立双星系统-孤立的双星演化通道。我们使用Broekgaarden等人（2021 a）的560个BHNS二进制人口合成模型实现，并表明GW 200115和GW 200105的系统特性（啁啾质量，组分质量和质量比）与孤立二进制演化通道的预测相匹配。我们还表明，大多数模型实现可以解释LIGO-Virgo推断的局部BHNS合并率密度。然而，为了同时匹配BHBH和NSNS系统的推断的局部合并率密度，我们发现我们需要在我们的模型探索中具有中等反冲速度（$σ\lesssim 10^2\,\rm{km}\,\rm{s}^{-1}$）或高共同包络效率（$α_{\rm{CE}}\gtrsim 2$）的模型。我们的结论是，前两个观察到的BHNS合并可以解释从孤立的二进制演化通道合理的模型实现。
2021-10-01 astro-ph.HE gr-qc
PyCBC Live: Rapid Detection of Gravitational Waves from Compact Binary Mergers
我们介绍一种快速探测致密双星合并产生的引力波的有效而直接的方法。我们表明，这种方法实现了低laundry所需的警报候选人二进制合并的电磁合作伙伴，艾滋病的数据监测，并利用多探测器网络的天空定位。这种方法有助于在Advanced LIGO的第二次观测运行期间分析引力波候选者，包括与Advanced Virgo的重合操作期间，特别是对第一个观测到的双星中子星合并GW 170817的分析，在那里它导致了第一个用于识别AT 2017 gfo的紧密局部天空图（$31~\mathrm{deg}^2$）。尽管对仪器进行了非标称观测，但该分析的操作也使GW 170104和GW 170608的初步发现成为可能。
2018-05-28 astro-ph.HE gr-qc
3-OGC: Catalog of gravitational waves from compact-binary mergers
我们基于对2015年至2019年（O 1，O2，O3 a）的公开LIGO和Virgo数据的分析，提出了第三个紧凑二元聚并的开放引力波目录（3-OGC）。我们更新的目录包括57个观测数据，其中包括4个以前没有报道过的二元黑洞合并。这包括55个双黑洞合并和两个双中子星合并GW 170817和GW 190425。我们没有发现额外的显着的双中子星或中子星-黑洞合并事件。最有信心的新探测是由LIGO汉福德和室女座天文台用$\mathcal{P}_{\textrm{astro}} > 0.99$观测到的双星黑洞合并GW 190925\_232845;其主要和次要分量质量分别为$20.2^{+3.9}_{-2.5} M_{\odot}$和$15.6^{+2.1}_{-2.6} M_{\odot}$。我们估计所有的二元黑洞事件的参数，使用最新的波形模型，包括次主导谐波和岁差效应。随着我们对底层人群的理解不断发展，为了实现深入的随访，我们提供了我们全面的事件目录，包括候选人的亚阈值人群，以及我们源参数估计的后验样本。
2021-08-17 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Capture Binary Neutron Star Mergers
我们研究动态捕获中子星合并可能出现在致密的恒星区域，如球状星团。利用广义相对论流体力学，我们发现这些合并可以导致迅速坍缩成黑洞或形成超大质量中子星，不仅取决于中子星状态方程，而且还取决于碰撞参量。我们还发现，这些合并可以产生高达太阳质量的十分之一的吸积盘和高达太阳质量的百分之几的未束缚喷射物质。我们评论的引力辐射和电磁瞬变，这些来源可能产生的。
2012-10-31 astro-ph.HE gr-qc
Improving the convergence order of binary neutron star merger simulations in the Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura formulation
中子星并合的高精度相对论数值模拟是构造引力波形模板分析和解释致密天体并合观测的必要组成部分。在合并后阶段的数值收敛，这种模拟是具有挑战性的，以实现许多现代代码。本文研究了在爱因斯坦方程的Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura表述下改进双中子星合并模拟收敛性的两种方法。我们表明，在一个特定的约束阻尼计划在这个配方中的不连续性可以破坏合并后的模拟收敛。相比之下，连续的处方确保收敛直到晚期。我们还研究了状态方程参数化的影响前和合并后的收敛性能的模拟。特别是，我们比较结果的分段多方参数化，这是常用的合并模拟，但遭受非物理的不连续的声速，结果使用“广义”分段多方参数化，这是为了确保状态方程的连续性和可微性。我们报告的差异，在引力波和任何虚假的合并前加热，这取决于状态方程参数化。
2022-07-05 astro-ph.HE gr-qc
Decoding the final state in binary black hole mergers
我们证明，在二元黑洞合并有一个直接的相关性之间的引力波的频率在峰值振幅和质量和自旋的最终黑洞。这种相关性可能有助于分析双黑洞合并的引力波观测。
2014-07-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Black Hole and Neutron Star Binary Mergers in Triple Systems: II. Merger Eccentricity and Spin-Orbit Misalignment
利用三级伴星诱导的Lidov-Kozai振荡研究了黑洞与中子星并合的动力学特征。对于每种类型的二进制（BH-BH和BH-NS），我们探索了广泛的二进制/三重参数，导致二进制合并，并确定偏心率（$e_\mathrm{m}$）和自旋轨道失调角（$θ_\rm {sl}^\rm f$）的分布时，二进制进入LIGO/VIRGO带。我们使用双平均（在两个轨道上）和单平均（在内轨道上）的长期方程，以及N体积分，发展系统与不同层次的水平，包括领先的顺序后牛顿效应，自旋轨道耦合和引力辐射。我们发现对于质量相当的BH-BH双星的合并，大约$7\%$有$e_\mathrm{m}>0.1$，$0.7\%$有$e_{\rm m}>0.9$ .大多数合并在LISA波段有显著的偏心。BH自旋演化和$θ_\rm {sl}^\rm f$与轨道演化和$e_{\rm m}$相关。具有$e_{\rm m} \lesssim 10^{-3}$的合并具有在$90^\circ$附近达到峰值的$θ_\rm {sl}^\rm f$的分布（并且因此有利于投影的二元自旋参数$χ_{\rm eff}\sim 0$），而具有较大$e_{\rm m}$的合并具有更各向同性的自旋轨道失配。对于典型的BH-NS双星，强烈的八元组效应导致更多的合并与不可忽略的$e_\mathrm{m}$（与$\sim 18\%$有$e_\mathrm{m}>0.…
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Evolution of equal mass binary bare quark stars in full general relativity: could a supramassive merger remnant experience prompt collapse?
我们已经发展了合并的等质量的二元夸克星，其总质量接近的质量脱落极限的均匀旋转的配置，在完全广义相对论流体动力学模拟，旨在调查合并后的结果。特别是，我们已经确定了合并后迅速形成黑洞的阈值质量，通过跟踪最小的失效函数，以及在合并模拟过程中喷出的物质的量。一个半解析调查的基础上所包含的合并残余物的角动量也进行了验证的结果。对于在这项工作中考虑的状态方程，TOV解决方案的最大质量为2.10 $M_\odot$，阈值质量之间的3.05和3.10 $M_\odot$。这一结果与由对称双星中子星合并的数值结果导出的普适关系是一致的（定量误差小于1%）。与中子星的情况相反，阈值质量接近均匀旋转夸克星的质量脱落极限。因此，我们发现，总质量相当于长寿命超大质量残留物（中子星）的夸克星双星，可以在几倍的动力学时间尺度内坍缩成黑洞，这使得夸克星成为通常被接受的中子星双星合并后的例外。我们对夸克星和中子星之间的相似性和差异性提出了解释。
2021-11-01 astro-ph.HE gr-qc
Comprehensive study of mass ejection and nucleosynthesis in binary neutron star mergers leaving short-lived massive neutron stars
利用广义相对论流体力学模拟方法，在近似中微子辐射输运的条件下，研究了大质量中子星在合并开始后$\lesssim 20$ ms内坍缩成黑洞的情况下，在动力学阶段和合并后阶段喷出物的性质.在三维模拟中的动态质量喷射进行了研究。以三维并合后系统为初始条件，采用二维轴对称粘性数值模拟方法研究了并合后物质抛射。我们发现，典型的中子丰富度的动态喷出物是更高的合并更不对称的二进制文件，因此，较重的$r$过程核占主导地位的合成。合并后的喷出物被证明只有一个温和的中子丰富度，这导致在生产较轻的$r$过程的核，无论二进制的质量比。由于较大的磁盘质量，合并后喷出物的质量是更大的不对称的二进制合并。因此，合并后的喷出物可以补偿生产不足的较轻的$r$ -过程核的不对称合并的情况下。因此，通过总结两个喷出物的成分，太阳残留的$r$ -过程的图案是复制的平均偏差的一个因素为三，无论二进制的质量比。我们的研究结果还表明，在$r$过程增强的恒星中观察到的（大约是几个因子）轻重丰度散射可以归因于双星质量比和总质量的变化。我们的结果与致密中子星双星的质量分布和磁星的短伽马射线暴的情况下的影响进行了讨论。
2022-10-18 astro-ph.HE gr-qc
Exploring binary-neutron-star-merger scenario of short-gamma-ray bursts by gravitational-wave observation
用广义相对论模拟方法研究了双中子星合并坍缩到黑洞的引力波的特征。我们发现，GW光谱印记的合并动力学，形成过程的磁盘，状态方程的中子星，总质量和质量比。短$γ$射线爆发的中心引擎的形成机制，这可能是由一个黑洞和周围的磁盘，因此，可以通过GW的观测约束。
2010-02-13 astro-ph.HE gr-qc
Jet from binary neutron star merger with prompt black hole formation
本研究通过最长数值相对论磁流体力学模拟，发现双中子星合并瞬时形成黑洞后，沿自转轴产生Poynting通量驱动的准直喷流，高光度持续约1秒。
2024-10-14 astro-ph.HE gr-qc
Analytical Black-Hole Binary Merger Waveforms
我们提出了一个高度准确的，完全解析模型的后期螺旋，合并，和衰荡的黑洞二进制与任意质量比和自旋矢量，包括超出基本模式的谐波的贡献。这个模型只假设非线性效应在整个合并过程中保持很小，并且是基于对后期双星演化动力学的物理理解而发展的，特别是基于动态双星时空的倾向，即使在合并发生之前，动态双星时空也表现得像静态合并-残余时空的线性扰动。我们证明，我们的模型同意最准确的数值相对论的结果，在他们自己的不确定性在整个合并振铃阶段，它这样做，例如案件跨越整个范围的二进制参数空间，目前可测试的数值相对论。此外，我们的模型在大部分相关的参数空间上都能保持精确到合并残余时空的最内层稳定圆形轨道，大大减少了引入唯象自由度来描述晚期螺旋的需要。
2019-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Rising Tides: Analytic Modeling of Tidal Effects in Binary Neutron Star Mergers
本研究结合后牛顿旋近模型与 Backwards-one-Body 并合模型，并用数值相对论重新校准 NRTidal 潮汐系数，提升双中子星并合前后引力波相位与振幅的解析建模精度。
2024-02-22 astro-ph.HE gr-qc
Convective Excitation of Inertial Modes in Binary Neutron Star Mergers
我们提出了第一个非常长期的模拟（延长到140毫秒合并后）的二元中子星合并与分段多方状态方程和充分的广义相对论。我们的模拟显示，在合并后30-50毫秒的时间，恒星的部分变得对流不稳定，这触发了惯性模式的激发。被激发的惯性模式可持续数十毫秒，并有可能被计划中的第三代引力波探测器以几千赫兹的频率观测到。由于惯性模式依赖于恒星的旋转速率，并且它们是由合并后残余物中的对流不稳定性触发的，因此在引力波中检测它们将为探测合并残余物的旋转和热状态提供独特的机会。此外，我们的发现对双中子星遗迹的长期演化和稳定性具有启示意义
2018-07-03 astro-ph.HE gr-qc
Binary neutron star mergers: Effects of spin and post-merger dynamics
自旋对伴随双中子星合并的电磁瞬变有重要影响。自旋的测量可以提供有关双星形成通道的重要信息。在没有强中子星自旋先验的情况下，自旋与其他参数的简并性导致了它们的估计中的显著不确定性，特别是限制了引力波的功率，从而对核物质状态方程施加严格的约束。因此，对高速旋转的中子星合并的详细研究对于理解多信使观测这类事件的各个方面是必不可少的。我们进行了一个系统的调查中子星自旋的影响--考虑无量纲自旋值高达$a_{\rm NS}=0.33$ --对合并的等质量，准圆双星中子星使用完全广义相对论模拟。我们发现，合并后的引力波信号的峰值频率仅受中子星自旋的微弱影响，自旋与轨道角动量对齐（反对齐）的情况下，与无旋的情况相比，给出略低（高）的值。我们发现，单臂不稳定性出现在一些情况下，与一些依赖于自旋。自旋对动力学喷出物的质量、速度和角分布，以及留在合并残余物之外的盘的质量有明显的影响。我们讨论了这些研究结果对预期的电磁信号的影响，并已被放置在状态方程的基础上的多信使观测GW 170817的约束。
2019-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Highly eccentric non-spinning binary black hole mergers: quadrupolar post-merger waveforms
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究院）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本文基于数值模拟，提出非自转二黑洞高偏心并合的后并波形模型，通过贝叶斯方法构建多项式模型，用于参数估计和信号源特性研究。
2026-04-16 astro-ph.HE gr-qc
Turbulent Dynamo Action in Binary Neutron Star Mergers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
研究双中子星并合中磁场的湍流放大机制及其对后续演化的影响。
2026-09-24 astro-ph.HE gr-qc
1-OGC: The first open gravitational-wave catalog of binary mergers from analysis of public Advanced LIGO data
我们提出了第一个开放的引力波目录（1-OGC），通过使用先进的LIGO的第一次观测运行的公共数据来搜索紧凑的对象二进制合并。我们的分析是基于新的方法，提高了信号和噪声之间的分离匹配滤波器搜索引力波合并的紧凑的对象。在我们的目录中，三个最重要的信号对应于双星黑洞合并GW 150914，GW 151226和LVT 151012。我们假设一个共同的人口的二进制黑洞这三个信号，通过定义一个区域的参数空间，这是符合这些事件。在这个假设下，我们发现LVT 151012有97.6%的可能性是天体物理起源。没有发现其他重要的双黑洞候选者，我们也没有观察到任何重要的双中子星或中子星-黑洞候选者。我们提供完整的事件目录，包括候选人的亚阈值人群。
2019-02-27 astro-ph.HE gr-qc
Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters: Implications for Advanced LIGO
预测的双黑洞从星系场合并的速度可以在几个数量级上变化，并且对恒星演化的假设非常敏感。但在球状星团等致密恒星环境中，二元黑洞通过众所周知的引力相互作用形成。在这封信中，我们研究了黑洞双星的形成，在广泛收集的现实球状星团模型。通过将这些模型与观测到的银河系和河外球状星团进行比较，我们发现动态形成的双星合并可以以每年约100的速度被检测到，这可能主导了双星黑洞合并的速度。我们还发现，大多数星团形成的双星比它们的场形成的双星质量更大，这表明先进的LIGO可以识别某些双星起源于致密的恒星环境。
2015-12-21 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waveforms from binary neutron star mergers with high-order WENO schemes in numerical relativity
双中子星合并引力波形的理论模拟需要精确的相对论数值模拟。由于广义相对论流体动力学方案的精度较低以及$(3+1)$维模拟中可采用的网格分辨率，评估数值数据的收敛性和建立误差预算目前具有挑战性。在这项工作中，我们探讨了使用高阶加权基本无振荡（WENO）格式在中子星合并模拟和调查的准确性与这种方法得到的波形。我们发现，高阶WENO计划可以稳健地用于模拟吸气合并阶段，它们显着提高了评估的波形的误差预算相对于有限体积法。因此，高阶WENO格式可以有效地用于高质量的波形生产，也在未来的大规模调查的二进制参数空间。
2016-09-19 astro-ph.HE gr-qc
Detection and parameter estimation of binary neutron star merger remnants
双中子星合并残留物的探测和参数估计可以揭示超核密度下热物质的物理学。在这里，我们开发了一个快速，简单的模型，可以产生重力波形，并表明它可以用于合并后残留物的检测和参数估计。该模型由三个指数阻尼正弦波与线性频移项。模型波形和数值相关性模拟之间的中值拟合因子超过0.90。我们检测残留物在合并后的信噪比$\ge 7$使用贝叶斯因子检测统计阈值为3000。我们可以在合并后信噪比为15时将主合并后频率约束为$\pm_{1.2}^{1.4}\%$，而在合并后信噪比为50时将精度提高到$\pm_{0.2}^{0.3}\%$。潮汐耦合常数可以被限制为$\pm^{9}_{12}\%$在合并后的信噪比为15，和$\pm 5\%$在合并后的信噪比为50使用分层推理模型。
2020-06-08 astro-ph.HE gr-qc
Characterization of numerical relativity waveforms of eccentric binary black hole mergers
我们介绍了一种方法来量化的初始偏心率，引力波频率，和平均异常的数值相对论模拟，描述非旋转的黑洞在中等偏心轨道。我们证明，这种方法提供了一个强大的特性偏心二进制黑洞合并与质量比$q\leq10$和偏心率$e_0\leq0.2$ 15个周期前合并。通过计算与准圆相对论波形的重叠，定量计算了文献[1]中介绍的各种偏心数值相对论波形的圆化率，发现它们在合并前的$50M$与${\cal{O}}\geq0.99$重叠，为质量比为$q\leq10$的中等偏心双星黑洞合并的圆化提供了证据.我们还量化了偏心二进制黑洞合并的表征，包括高阶波形模式的重要性。使用两种类型的数值波形，一个包括$(\ell, \, |m|)= \{(2,\,2),\, (2,\,1),\, (3,\,3),\, (3,\,2), \, (3,\,1),\, (4,\,4),\, (4,\,3),\, (4,\,2),\,(4,\,1)\}$和一个只包括$\ell=|m|=2$模式，我们发现，这两类波形之间的重叠是低$q=10$偏心二进制黑洞合并${\cal{O}}=0.89$，强调需要包括高阶波形模式的描述这些引力波源。我们讨论了这些发现对未来源建模和引力波探测工作的影响。
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Thermal Effects in Binary Neutron Star Mergers
本文通过数值相对论模拟研究了双中子星合并中的有限温度效应，发现增加比热会使合并残骸更冷更致密，并利用贝叶斯分析证明该效应在下一代观测器信噪比为15时可被测量。
2023-07-10 astro-ph.HE gr-qc
Observing Gravitational Waves From The Post-Merger Phase Of Binary Neutron Star Coalescence
本文提出了一种有效的低维频域模板，用于分析双星中子星合并过程中恒星残骸的引力波信号。采用主成分分解方法对一组中子星合并的数值模拟结果进行了分析，得到了各种中子星状态方程和质量组态的波形的振幅谱和相位谱的正交基函数。我们回顾了双中子星合并中合并后期/合并后引力波发射的现象，并演示了如何理解合并期间和合并后的动力学导致构建一个通用的频谱。我们还提供了一个合并后的信号检测在未来的引力波探测器作为第三代仪器的科学案例的潜在贡献的前景进行了讨论。在我们的分析中得到的模板实现了$>90\%$匹配跨越各种各样的合并波形和应变灵敏度谱的电流和潜在的引力波探测器。Fisher矩阵分析产生了在将主要的合并后振荡频率$f_{\mathrm{peak}}$确定为$δf_{\mathrm{peak}} \sim 50$ Hz时的典型不确定性的初步估计。使用最近导出的$f_{\mathrm{peak}}$和中子星半径之间的相关性，这表明对基准中子星半径$\sim 220$ \，m的潜在约束。这种测量只可能用于附近（$\sim 30$ Mpc）的先进LIGO源，但对于计划升级到先进LIGO和其他未来仪器变得更加可行，导致对高密度中子星状态方程的限制，这些状态方程独立于并合前螺旋引力波信号推断的状态方程。
2015-09-28 astro-ph.HE gr-qc
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
Gravitational-wave Merger Forecasting: Scenarios for the early detection and localization of compact-binary mergers with ground based observatories
我们提出的前景，早期（合并前）检测和本地化的紧凑的二元聚结在未来10年内使用引力波。早期预警可以直接观测到中子星合并的即时和早期电磁辐射。我们检查了地基探测器在其“设计”灵敏度（2021-2022年），计划的“A+”升级（2024-2026年）和设想的“旅行者”概念（2020年末）的能力。我们发现，对于一个置信率的二进制中子星合并的$1000 ~\mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$，设计，A+和旅行者时代的网络可以提供18，54，和195秒的警告一个源每年的观测，分别与天空定位区域$<$ 100度$^2$在$90\%$可信的水平。在相同的速率下，A+和Voyager时代的网络将能够为具有$<$ 10 deg $^2$定位区域的源分别提供9和43 s的警告。我们将理想化的搜索灵敏度与针对合并前检测调整的PyCBC Live搜索所实现的灵敏度进行了比较。引力波社区将准备制作合并前警报。我们的研究结果激励了具有宽视场、自动化和快速回转能力的观测站的操作，以便与引力波网络同时观测。
2020-10-19 astro-ph.HE gr-qc
Computing Fast and Reliable Gravitational Waveforms of Binary Neutron Star Merger Remnants
在双星GW170817的螺旋中探测到了引力波，这使得对中子星状态方程的约束成为可能。如果探测到来自合并后残骸的引力波，状态方程可以进一步受到约束。目前，合并后的波形是由数值相对论模拟，这是计算昂贵。在这里，我们介绍了一个在数值相对论模拟上训练的分层模型，它可以在几分之一秒内生成可靠的合并后光谱。我们的光谱的平均拟合因子为0.95，相比之下，模拟相同物理系统的不同数值相对论代码之间的拟合因子为0.76和0.85。该方法是产生用于合并后检测和参数估计的大模板谱库的第一步。
2018-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave luminosity of binary neutron stars mergers
利用大样本的数值相对论模拟，在不同的双星参数和输入物理条件下，研究了准圆中子星合并的引力波峰值亮度和辐射能量。所有双星的峰值光度可以用质量比和首阶后牛顿潮汐参数单独描述。导致迅速坍缩成黑洞的并合具有最大的峰值亮度。然而，每单位质量的最大能量是由产生超大质量中子星或大质量中子星残骸的合并辐射的。我们对双中子星合并事件的引力波光度进行了定量分析，并对这些事件的辐射能量和剩余角动量设定了上限。我们发现，有一个经验的普遍关系连接的总引力辐射和角动量的残骸。我们的结果限制了残余黑洞的最终自旋，同时也表明了稳定的中子星残余黑洞具有超开普勒角动量。
2017-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Radio Remnants of Compact Binary Mergers - the Electromagnetic Signal that will follow the Gravitational Waves
问题“什么是可观察到的电磁（EM）签名的一个紧凑的二元合并？“是一个有趣的问题，对寻找引力波（GW）有着至关重要的影响。紧凑的二元合并是GW的主要来源，是当前和下一代检测器的目标。数值模拟表明，这些合并喷射高能次相对论（甚至相对论）流出。如果合并产生短期GRB，情况肯定是这样的，但即使没有，预计也会有大量资金流出。这种流出物与周围物质的相互作用不可避免地导致了持久的无线电信号。我们计算预期的信号从这些流出（我们的计算也适用于短伽玛暴孤儿余辉），我们讨论了它们的可探测性。我们表明，这种信号的最佳搜索，方便地，发生在1.4 GHz左右。流出参数的实际估计产生几百个$μ$ Jy的信号，持续几个星期，从先进的GW探测器的探测范围的来源。由GW探测触发的后续无线电观测，即使在不利的条件下也可以揭示无线电残余。即将到来的所有天空调查可以在任何给定时间检测几十个，甚至可能数千个合并残留物，从而甚至在先进的GW探测器投入使用之前提供可靠的合并率估计。事实上，无线电瞬变RT 19870422符合我们的模型预测的整体属性，我们建议，它最有可能的起源是一个紧凑的二进制合并无线电残留。
2011-02-04 astro-ph.HE gr-qc
Order in the chaos: eccentric black hole binary mergers in triples formed via strong binary-binary scatterings
黑洞（BH）三重态代表了LIGO和VIRGO可探测到的宇宙中BH合并的天体物理学途径之一。我们研究了BH三重通过二进制遇到密集的集群，表明通过这个通道形成的三分之一的三重是在一个非层次的，不稳定的配置。我们建立了一个数据库的$32,000$ $N$体模拟研究这些BH三元组的演变。改变相互的轨道倾角，三个BH质量和内部和外部的偏心率，我们表明，逆行，近平面的配置导致显着收缩的内部二进制。我们发现一个普遍的趋势，三重系统，即它们往往会演变成的配置和轨道翻转，驱动的扭矩施加在内部BH二进制（BHB）的外部BH，导致一般更紧密的内部轨道，在某些情况下，合并在哈勃时间。我们发现并合双星的质量分布映射了原始的BH双星谱。一个大的分数合并BHB与初始分离$1$ AU进入$10^{-3}-10^{-1}$ Hz频带与大偏心率，因此代表潜在的偏心LISA源。相反，源自最初较紧的BHB（$a\sim 0.01$ AU）的合并在$1$ Hz频带中通常具有大于0.7的偏心率。这可能意味着在高频探测器中探测到的偏心源最有可能与高速色散恒星环境有关，而在低频探测器中探测到的偏心源则可能在低密度星团中发展。（节录）
2021-07-20 astro-ph.HE gr-qc
Identifying the hosts of binary black hole and neutron star-black hole mergers with next-generation gravitational-wave detectors
本研究利用下一代引力波探测器模拟双黑洞及中子星-黑洞并合，发现部分事件可精确定位至唯一宿主星系，三年观测将能区分宿主追踪恒星质量还是恒星形成率，从而限制双黑洞形成渠道。
2024-02-15 astro-ph.HE gr-qc
Binary Neutron Star Merger Simulations with a Calibrated Turbulence Model
中子星（NS）合并残留物中的磁流体动力学（MHD）湍流会影响它们的演化和多信使特征，使当前和未来观测的解释复杂化。由于数值相对论模拟的高雷诺数和大计算成本，在可预见的未来解决湍流的所有相关尺度将是不可能的。在这里，我们采用了一种方法，包括亚网格尺度湍流中分辨率模拟的大涡模拟（LES）方法扩展到广义相对论（GR）。我们校准我们的亚网格湍流模型，从非常高的分辨率GRMHD模拟的结果，我们用它来执行NS合并模拟和研究湍流的影响。我们发现，湍流有一个定量的，但不是定性的影响NS合并残留物的演变，他们的引力波签名，并在二进制NS合并产生的外流。我们的方法提供了一个可行的路径来量化的不确定性，由于NS合并的动荡。
2020-06-08 astro-ph.HE gr-qc
Ultrarelativistic electromagnetic counterpart to binary neutron star mergers
我们提出了一种可能性，超相对论电磁对应的引力波从双中子星合并在几乎所有的视角。我们提出的机制依赖于合并激波传播加速一个较小的质量在外部的中子星地壳到一个较大的洛伦兹因子$Γ$与较小的能量$\sim 10^{47} Γ^{-1}$尔格。这种机制是很难解决目前的三维数值模拟。流出物通过冲击周围的介质，发出持续数秒至数天的同步加速器耀斑。超相对论耀斑在早期和高能波段发光，可能被当前的X射线到射电仪器（如Swift XRT和Pan-STARRS）探测到，甚至在EVLA的低环境密度$\sim 10^{-2}$ cm $^{-3}$中也能探测到。耀斑探测并合的位置和时间，并作为黑洞-中子星流出的合并类型将是非/轻度相对论性的。
2013-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Searching for gravitational waves from compact binary mergers powering long gamma-ray bursts during LIGO-Virgo-KAGRA's O3 run
Monash University（莫纳什大学）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（引力波发现ARC卓越中心）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文基于LIGO-Virgo-KAGRA O3运行数据，研究双中子星和中子星-黑洞并合事件与长持续伽马射线暴的关联，通过分析Fermi和Swift探测器的数据，排除了引力波信号的证据，并对长持续伽马射线暴的亮度距离设定了限制。
2026-02-05 astro-ph.HE gr-qc
Eccentric binary neutron star mergers
中子星双星提供了丰富的引力波和合并残留物方面的现象。然而，大多数广义相对论研究都是针对近圆双星进行的，除了正面碰撞。我们提出了第一个数值相对论调查的合并偏心等质量中子星双星探测之间的制度头和圆形。除了由轨道运动产生的引力波，我们发现，该信号还包含一个强大的组成部分，由于恒星振荡（f-模式）引起的潮汐力，扩展了经典的结果为牛顿双星。合并可以导致相当大的磁盘的数量级的10%的总初始质量。
2013-01-08 astro-ph.HE gr-qc
Probing the Delay Time of Supermassive Black Hole Binary Mergers With Gravitational Waves
本研究提出结合未来引力波测量与星系巡天模拟数据，利用分层贝叶斯推断和模型选择方法，推断超大质量黑洞双星合并的延迟时间分布并检验演化模型。
2023-06-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Frequency Estimation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
这是一个收集的文献综述和一些初步的工作估计的引力波的频率从一个二元黑洞合并为低信噪比。本文档提供了一个起点，广泛概述了频率估计后续工作所需的先决条件。
2020-11-09 astro-ph.HE gr-qc physics.data-an
Mapping the asymptotic inspiral of precessing binary black holes to their merger remnants
研究黑洞双星的演化需要多种方法。虽然后牛顿近似足以描述早期的螺旋（即使是无限大的轨道分离），但只有数值相对论才能捕捉合并附近动力学的全部复杂性。我们结合多时间尺度后牛顿积分与数值相对论代理模型，从而映射的二进制从其渐近配置在过去的时间无限的合并后的残余物的整个历史。这种方法自然使我们能够评估岁差和轨道相位对合并残余物的性质（质量、自旋和反冲）的影响。这些阶段在连接二元演化的两个极值时引入了基本的不确定性。
2020-10-19 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Stable mass transfer can explain massive binary black hole mergers with a high spin component
最近的引力波观测表明，具有大质量组分的双黑洞（BBH）合并更可能具有高有效自旋。在孤立双星演化模型中，BH自旋主要来源于BH形成前坍缩核的角动量。观测和理论都表明黑洞倾向于具有相对较低的自旋，快速自旋黑洞的起源仍然是一个谜。我们研究了一个替代的过程，稳定的情况下A的质量转移可能会显着增加BH自旋在大规模BH双星的演变。我们提出了详细的二元演化计算，发现这一过程可以解释观察到的高自旋的一些大规模的BBH合并的假设下，温和的超爱丁顿吸积。
2022-03-28 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Interpreting Binary Neutron Star Mergers: Describing the Binary Neutron Star Dynamics, Modelling Gravitational Waveforms, and Analyzing Detections
由中子星双星合并而发出的引力波为探索物质和未探索的极端状态下的基础物理打开了一扇新的窗口。为了提取关于中子星内部超核物质和致密双星系统性质的信息，需要可靠的理论处方。本文综述了中子星并合过程中的动力学和引力波信号的一般特征。我们简要介绍了现有的分析和数值方法来调查的高度动态，强场区合并过程中。我们回顾现有的波形近似，并讨论个别波形模型的属性和可能的优点和缺点，以及它们在实际引力波数据分析中的应用。
2020-04-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A Highly Spinning and Aligned Binary Black Hole Merger in the Advanced LIGO First Observing Run
我们在公开的LIGO首次观测运行（O1）数据发布中报告了一个新的二元黑洞合并。在我们开发的新的独立分析管道中，在检测器帧啁啾质量范围$\mathcal{M}^{\rm det} \in [20,40]M_\odot$中，该事件的反向误报率为每六年一次。我们对该事件是天体物理起源的概率的最佳估计是$P_{\rm astro} \sim 0.71\, .$。估计的事件的物理参数表明，它是两个大质量黑洞的合并，$\mathcal{M}^{\rm det} = 31^{+2}_{-3}\,M_\odot$与一个有效的自旋参数，$χ_{\rm eff} = 0.81^{+0.15}_{-0.21}$，使这成为迄今为止报道的最高自旋合并。它也是迄今为止观测到的两个红移最高的合并之一。合并的高自旋支持了合并的双黑洞可以通过双恒星演化产生的假设。
2019-03-19 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
