Fast Frequency-domain Waveforms for Spin-Precessing Binary Inspirals
从致密双星合并事件中探测和表征引力波信号依赖于频域中精确的波形模板。固定相位近似（SPA）可用于计算非旋进、准圆形二元吸气的闭合形式频域波形。然而，到目前为止，没有快速频域波形已经存在的通用，自旋旋进准圆形紧凑的二元螺旋。这些系统的模板必须通过精细采样的时域波形的离散傅立叶变换来计算，这比直接在频域中构建的那些要昂贵得多，特别是对于那些由inspiral部分主导的系统。推导旋进系统的频域波形存在两个障碍：（i）自旋旋进方程不允许一般系统的封闭形式解;（ii）SPA灾难性地失败。第一个问题目前还没有普遍的解决办法，因此我们必须求助于自旋进动方程的数值积分。这不是一个显著的障碍，因为在慢进动时间尺度上的数值积分对生成波形的计算成本增加很少。我们的主要结果是解决第二个问题，通过提供一种替代SPA的方法，我们称之为移位一致渐近方法，或SUA，它可以治愈SPA中的发散。使用SUA的频域模板的构造可以比通过离散傅立叶变换获得的时域模板更有效几个数量级。此外，该方法是非常忠实的离散傅立叶变换，与$10^{-5}$的顺序的失配。
2014-12-09 astro-ph.HE gr-qc
EFPE: Efficient fully precessing eccentric gravitational waveforms for binaries with long inspirals
在本文中，我们推导出一组运动方程的偏心轨道上的双星经历自旋诱导进动，可以有效地集成的辐射反应时标。我们找到了一个家庭的解决方案的计算成本提高了一个因素$10$ - $50$下降到$\sim 10$ ms每个波形的评估相比，通过直接集成的进动方程，保持了不匹配的顺序$10^{-4}$ - $10^{-6}$的波形持续一百万个轨道周期和一千个自旋引起的进动周期。我们表示它的参数，使解决方案经常在等质量限制，从而绕过了以前类似的解决方案的问题。我们指出的方法，在本文中提出的解决方案可以扰动，以考虑到一般的四极矩和后牛顿修正的进动方程的影响。这种新的波形，其改进的效率和准确性，使贝叶斯参数估计使用完整的自旋和偏心率参数体积的长期持续的inspiralling信号，如恒星起源黑洞二进制观测LISA。
2021-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Adiabatic waveforms from extreme-mass-ratio inspirals: an analytical approach
对引力波探测器LISA的科学分析将需要来自极端质量比螺旋（EMRI）的理论波形，这些波形广泛地涵盖了天体物理学克尔黑洞周围所有可能的轨道和自旋配置。然而，这些波形的实时计算尚未克服参数空间的高维性。为了应对这一挑战，我们提出了一个用户准备的EMRI波形模型通用（偏心和倾斜）轨道克尔时空，使用分析的自我力量的方法。我们的模型准确地涵盖了所有的EMRI与任意倾角和黑洞自旋，适度的偏心率（$\lesssim 0.3$）和分离（$\gtrsim2$ - $10M$从最后的稳定轨道）。在该制度中，我们的波形是准确的领先的“绝热”顺序，他们大约捕捉瞬态的自我力共振显着影响的引力波相位。该模型填补了正在进行的数据分析研究中对广泛波形的迫切需求，其各个组成部分将继续在未来的科学足够的波形中发挥作用。
2022-06-12 astro-ph.HE gr-qc
The Fast and the Fiducial: Augmented kludge waveforms for detecting extreme-mass-ratio inspirals
恒星质量致密天体进入大质量黑洞的极端质量比吸气（EMRI）是未来天基引力波探测器LISA的一类重要源。从EMRI检测信号将需要准确和计算效率高的波形模型。在本文中，我们提出了最新的实施增强分析组装（AAK）模型，公开在github.com/alvincjk/EMRI_Kludge_Suite作为一个EMRI波形软件套件的一部分。这个版本的AAK模型与以前的模型相比提高了准确性，对于一般范围的源，两个月的波形与更准确的基准模型重叠超过0.97;它生成的波形比基准模型快5-15倍。AAK模型非常适合在即将到来的一轮模拟LISA数据挑战中确定数据分析问题的范围。一个简单的分析论证表明，通过半相干模板库方法，使用LISA检测EMRI甚至是可行的，而在相同的方法中使用原始的分析组装将导致检测减少约90%。
2017-08-10 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
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
Towards a gravitational self force-informed effective-one-body waveform model for nonprecessing, eccentric, large-mass-ratio inspirals
建立在几个最近的进展，自旋对齐偏心二进制与个人群众$(m_1,m_2)$的有效单体模型的发展，我们介绍了一个新的EOB波形模型，旨在描述吸气二进制在大质量比制度，$m_1\gg m_2$。该模型利用了目前最先进的TEOBResumS-Dali偏心双星模型，但标准EOB电位$(A,\bar{D},Q)$，告知数值相对论（NR）模拟，被替换为相应的函数，是线性的对称质量比$ν\equiv m_1 m_2/(m_1+m_2)^2$在8.5 PN精度。为了改善它们的强场行为，这些函数：（i）使用Padé近似进行适当的因式分解和简化，（ii）另外有效地通知到由引力自作用力理论（GSF）获得的最先进的数值结果。为了简单起见，模型的自旋扇区被认为是TEOBResumS-Dali的自旋扇区，尽管去除了NR通知的自旋轨道有效修正。我们提出了目前的GSF知情EOB框架作为一个概念上完整的分析工具，以产生波形偏心极端（和中间）质量比为未来的引力波探测器。
2022-07-28 astro-ph.HE gr-qc
Waveforms and Fluxes of Generic Extreme-Mass-Ratio Inspirals with a Spinning Secondary
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台射电天文与技术重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文研究了自旋次级物体在 Kerr 背景下的 EMRI 波形与辐射，通过线性自旋近似推导了轨道平均的运动常数方程，为生成包含次级自旋的波形提供了可行路径。
2026-07-16 astro-ph.HE 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
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
2 Fast 2 Fiducial: Gaussian processes for the interpolation and marginalization of waveform error in extreme-mass-ratio-inspiral parameter estimation
一些悬而未决的问题阻碍了我们目前从不久的将来引力波任务LISA收集的数据中提取科学信息的能力。这些技术中的许多技术涉及对来自具有$\lesssim10^{-4}$的极端组分质量比的二元吸气的信号进行建模、检测和表征。在本文中，我们提请注意的问题，系统误差的参数估计，由于使用快速但近似的波形模型，这被发现是相关的极端质量比吸气，即使在波形的情况下与$\gtrsim90\%$重叠的准确性和中等（$\gtrsim30$）信噪比。一个计划，使用高斯过程来插值和边缘化波形误差的适应和研究作为一个可能的先驱解决这个问题。获得了一些新的方法的结果，并成功地证明了该技术的可行性的三个参数的例子中设置的LISA数据挑战。
2020-02-13 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Two-timescale evolution of extreme-mass-ratio inspirals: waveform generation scheme for quasicircular orbits in Schwarzschild spacetime
极端质量比的螺旋，即一个恒星质量的致密物体螺旋进入星系核心的超大质量黑洞，预计是LISA的关键来源。要为LISA科学建立足够精确的模型，需要在引力自作用力理论中达到二阶（或{ \em后绝热}）。在这里，我们提出了一个实用的两个时间尺度的框架，实现这一点，并产生后绝热波形。该框架包括一组频域场方程，适用于快速，轨道的时间尺度，以及一组常微分方程，确定的演变缓慢，inspiral的时间尺度。我们的分析仅限于史瓦西黑洞周围的准圆轨道的特殊情况，但它的一般结构延续到克尔时空中的一般（倾斜和偏心）轨道的现实情况。在我们的限制范围内，我们还开发了一种工具，将在所有情况下是有用的：使用双曲面切片，显着提高了边界附近的源的行为的频域场方程的配方。我们特别注意的缓慢演变的中央黑洞，研究其影响的两个时间尺度的演变和早期的自洽的演变计划。
2021-02-24 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
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
Gravitational Wave Tests of Strong Field General Relativity with Binary Inspirals: Realistic Injections and Optimal Model Selection
我们研究了强场广义相对论的一般测试，使用引力波发射过程中的紧密双星的螺旋。以前的研究已经考虑了简单的扩展标准后牛顿的波形，不同的一个单一的阶段。在这里，我们通过（i）增加注射的真实性和（ii）确定用于检测和表征此类信号的最佳波形族来改进这些研究。我们通过一系列后牛顿项构建了偏离广义相对论的波形，并发现这些高阶项可以影响我们测试广义相对论的能力，在某些情况下，通过使其更容易检测偏差，在某些情况下，通过使其更困难。我们发现，简单的单相后爱因斯坦波形是足够的检测偏离广义相对论，并从使用更复杂的模型与多个相位项几乎没有得到。这里发现的结果将有助于指导未来用先进的地面探测器测试广义相对论的尝试。
2013-03-05 astro-ph.HE gr-qc
Assessing the detectability of the secondary spin in extreme mass-ratio inspirals with fully-relativistic numerical waveforms
激光干涉空间天线探测到的极端质量比吸气~（EMRI）是天体物理学和基础物理学中的独特探测器。这些源的参数估计是具有挑战性的，特别是因为波形长，复杂，只知道数字，并在最相关的制度，其中的动态是相对论性的计算缓慢。我们执行一个耗时的Fisher矩阵误差分析的EMRI参数使用完全相对论性的数值波形，以领先的阶在克尔背景上的绝热膨胀，考虑到运动的LISA星座，高次谐波，也包括领先的校正从自旋的二次后绝热近似。我们特别注意的收敛性的数值导数的Fisher矩阵和数值稳定的协方差矩阵，这对于某些系统需要计算的数值波形约$90$位精度。我们的分析证实了以前的结果（获得近似，但更计算效率的波形）的测量误差的二进制的参数。我们还表明，包括高次谐波改善的光度距离和轨道角动量角的误差由一个数量级和两个数量级，分别，这可能是有用的，以确定环境EMRIs生活。我们特别关注次级自旋的可测量性，确认它不能以足够的精度测量。然而，由于相关性，其包含在波形模型中可能会使其他参数的测量精度降低几个数量级，除非对二次自旋施加物理激励的先验。
2021-05-14 astro-ph.HE gr-qc
Frequency domain model of $f$-mode dynamic tides in gravitational waveforms from compact binary inspirals
最近从中子星双星螺旋GW 170817中探测到的引力波（GWs）为探测物质和基本相互作用开辟了一条独特的途径。从观测到的GWs中提取关于中子星物质的信息需要稳健且计算效率高的理论波形模型。我们开发了一个近似的频域GW相位模型的主要GW签名的物质：动态潮汐与中子星的基本振荡模式（$f$模式）。我们专注于非旋转物体的圆形轨道上，并证明，尽管其数学简单，新的“$f$模式潮汐”（fmtidic）模型是在良好的协议与有效的一个机构的动力学潮汐模型高达GW频率的$\gtrsim 1$ kHz，并给出物理意义的潮汐模型调整到数值相对论捕捉到的现象的一部分。fmtidad模型的优点在于，它明确了GW定相对特征状态方程参数的依赖性，即，潮汐变形率和$f$模式频率;它是计算有效的;并且它可以容易地添加到任何频域基线波形。fmtidad模型很容易服从未来的改进，并提供了第一步的手段，独立测量额外的基本属性的中子星物质超出潮汐变形能力，以及执行新的测试广义相对论从GW的观测。
2019-10-04 astro-ph.HE gr-qc
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
Beyond the linear tide: impact of the non-linear tidal response of neutron stars on gravitational waveforms from binary inspirals
合并中的中子星中的潮汐相互作用改变了螺旋的动力学，因此以额外相移的形式在它们的引力波（GW）信号上留下了印记。我们需要准确的潮汐相移模型，以约束观测的超核状态方程。在以前的研究中，GW波形模型通常是通过将潮汐视为对扰动潮汐场的线性响应来构建的。在这项工作中，我们将非线性校正，由于流体动力学三，四模式的相互作用，并显示它们如何可以提高波形模型的准确性和解释能力。我们建立和数值求解耦合的轨道和模式的微分方程，并解析推导出系统的平衡配置的解决方案。我们的分析解决方案同意与数值的合并，只涉及代数关系，允许快速相移和波形评估不同的状态方程在一个大的参数空间。我们发现，在牛顿阶，非线性流体的影响，可以提高潮汐相移$\gtrsim 1\,{\rm radian}$在GW频率为1000 Hz，相应的$10-20\%$校正的线性理论。合并附近的附加相移的规模是一致的数值相对论和理论预测，只占线性潮汐之间的差异。因此，在解释数值相对论的结果以及为当前和未来的GW探测器构建波形模型时，非线性流体效应非常重要。
2023-01-06 astro-ph.HE 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
Impact and detectability of spin-tidal couplings in neutron star inspirals
来自双中子星合并的引力波信号带有合并体的变形性质的印记，然后是中子星的状态方程。在这些事件中发射的波形的当前模型中，潮汐变形的贡献被编码在一组参数中，潮汐Love数。更精细的模型包括潮汐旋转耦合，由一组额外的参数描述，旋转潮汐勒夫数，出现在波形中的$6.5$后牛顿顺序。对于自旋大$\sim0.1$的中子星，我们表明，忽略潮汐旋转耦合可能会导致第三代引力波探测器的参数估计的显着错误。通过执行Fisher矩阵分析，我们评估旋转潮汐Love数的可测量性，表明它们在波形中的贡献可以由第三代探测器测量。我们的研究结果表明，目前的潮汐变形模型在晚涡应改进，以避免波形系统和提取可靠的信息，从引力波信号观测到的下一代探测器。
2022-04-26 astro-ph.HE gr-qc
Extreme mass-ratio inspiral and waveforms for a spinning body into a Kerr black hole via osculating geodesics and near-identity transformations
本研究结合引力波辐射反作用与自旋-曲率力，利用密切测地线积分器和近恒等变换，构建了自旋天体旋近克尔黑洞的首个有效EMRI模型，实现快速计算且具备模块化扩展潜力。
2023-10-12 astro-ph.HE 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
A Gravitational Waveform Model for Detecting Accelerating Inspiraling Binaries
本文构建含恒定质心视线加速度的频域 TaylorF2 扰动波形，并评估先进地基探测器对加速旋近双星的可探测性及参数简并。
2024-09-09 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
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
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
LISA observations of supermassive black holes: parameter estimation using full post-Newtonian inspiral waveforms
利用完整的后牛顿引力波形研究了超大质量黑洞双星系统在螺旋上升末期的参数估计。我们限制我们的分析，在质量范围$10^8\Ms-10^5\Ms$的旋转可以忽略不计的圆形轨道系统，并比较结果与常用的限制后牛顿近似。这项工作的结论是特别重要的天体物理方面达到未来的激光干涉仪测量。我们的分析清楚地表明，建模的inspiral与完整的后牛顿波形，不仅扩大了范围，以更高的质量系统，但也提高了一般的参数估计。特别地，对于具有高于$5\times10^6\Ms$的总质量的系统，在角分辨率和距离测量方面有显著的改进，以及在质量确定方面有很大的改进。
2007-11-20 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
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
Radiation reaction in the 2.5PN waveform from inspiralling binaries in circular orbits
本文计算了辐射反作用力对圆轨道上致密双星2.5 °后牛顿（PN）引力波偏振的贡献。(i)我们指出并纠正了Arun，Blanchet，Iyer和Qusailah推导的不一致。(ii)我们证明，所有的贡献，从辐射反应在2.5PN波形实际上是可以忽略不计的，因为它们可以被吸收到修改的轨道相位在5PN顺序。
2007-06-05 gr-qc
The Fast and the Frame-Dragging: Efficient waveforms for asymmetric-mass eccentric equatorial inspirals into rapidly-spinning black holes
University of Birmingham（伯明翰大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；European Space Agency (ESA)（欧洲航天局（ESA））；University of Southampton（南安普顿大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；NASA Marshall Space Flight Center（美国宇航局马歇尔太空飞行中心）；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））；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文提出了一种高效方法，用于生成非对称质量偏心赤道 inspirals 进入快速旋转黑洞的波形，支持偏心率 e < 0.9 和半焦距参数 p < 200，生成长时程 IMRI 波形，且在 100 毫秒内完成，具有 10^-5 的匹配度。
2025-11-17 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational radiation reaction and inspiral waveforms in the adiabatic limit
我们描述了进展演变的一个重要限制的双轨道在广义相对论，恒星质量的紧凑对象逐渐螺旋到一个更大的，大质量的黑洞。这些系统对引力波观测具有重要意义。我们已经开发了工具来计算第一次辐射通量的能量和角动量，以及瞬时快照波形，通用测地轨道。对于特殊类型的轨道，我们利用整体能量守恒和角动量守恒，计算了完整的内旋轨道的演化和波形。对于完全通用的轨道，吸气和波形，可以通过增强我们的方法与处方的自力的绝热极限由米诺。由此产生的波形应该足够准确，可用于未来的引力波搜索。
2005-04-06 astro-ph 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
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
Rapid generation of fully relativistic extreme-mass-ratio-inspiral waveform templates for LISA data analysis
未来的空间任务LISA将观测大量的毫赫兹频率的引力波源。其中，紧凑物体进入大质量黑洞的极端质量比激励是将强场复杂性的挑战与长寿命信号的挑战相结合的唯一来源。通过在数据分析期间将这些信号与大量精确波形模板进行比较来发现和表征这些信号，但是通过计算完全相对论性波形中的$\sim10^3$ - $10^5$谐波模式来阻碍这些模板的快速生成。我们使用降阶和深度学习技术来获得这些模式的全局拟合，并在具有硬件加速的完整波形框架中实现它。我们的高保真波形可以在$1\,\mathrm{s}$下生成，并实现$\lesssim 5\times 10^{-4}$与参考波形的不匹配，而参考波形的时间要长$\gtrsim 10^4$倍。这标志着第一次，分析长度的波形与完整的谐波内容可以产生的时间尺度上有用的直接实施LISA分析算法。
2020-08-13 gr-qc
Convergence of Fourier-domain templates for inspiraling eccentric compact binaries
空间探测器LISA可以观测到来自恒星质量黑洞双星早期螺旋的引力波，其中一些可能具有显著的偏心率。当前的重力波形模板仅对小轨道速度有效（即，在后牛顿膨胀中）和小初始偏心率$e_0$（“后圆形”膨胀）。我们通常定义$e_0$作为偏心率对应的轨道频率的$5 \text{ mHz}$，我们研究的收敛性能的频域inspiral模板，准确到2PN和顺序$e_0^6$的偏心率。我们计算所谓的“不忠”之间的完整的模板和“减少”模板通过删除一些条款中的定相系列，我们调查的条件下，系统误差是可以忽略不计的统计误差，我们研究的统计误差的收敛特性。通常，由于参数之间的相关性，偏心波形导致比圆形波形更大的统计误差，但是只要我们在定相中包括$e_0^2$阶或更高阶的项，误差估计就不会显著改变。
2019-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Extreme Love in the SPA: constraining the tidal deformability of supermassive objects with extreme mass ratio inspirals and semi-analytical, frequency-domain waveforms
本文通过未来LISA任务对一个超大质量致密天体inspiral~（EMRI）的极端质量比的探测，对该天体的勒夫数潮汐测量精度进行了评估。非零的勒夫数将是偏离广义相对论经典黑洞预测的确凿证据。我们发现，一个EMRI检测LISA可以设置约束的潮汐勒夫数的旋转中心对象与无量纲自旋$\hat a=0.9$（$\hat a=0.99$），这是大约四（六）个数量级更严格的比目前的地面探测器的恒星质量的双星。我们的方法是基于固定相位近似，以获得近似的，但准确的半解析的EMRI波形在频域中，这大大加快了高精度的费舍尔信息矩阵的计算。这种方法可以很容易地扩展到其他几个重力与EMRI测试，并有效地考虑在同一时间的波形中的多个偏差。
2022-07-15 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
ESIGMAHM: An Eccentric, Spinning inspiral-merger-ringdown waveform model with Higher Modes for the detection and characterization of binary black holes
本文提出了时域波形模型ESIGMAHM，通过结合后牛顿理论与数值相对论模拟，对中等偏心自旋双黑洞的旋进、并合和铃宕过程及高阶谐波进行建模，并证实其在提升下一代探测器引力波探测精度与降低信噪比损失方面的关键作用。
2025-04-30 astro-ph.HE 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
Post-Newtonian inspiral waveform model for eccentric precessing binaries with higher-order modes and matter effects
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））；Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）；School of Physics and Astronomy and Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院及引力波天文研究所）；Department of Physics, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校物理系）
本文提出pyEFPEHM模型，用于研究偏心和自转预cessing紧凑双星的后牛顿inspiral波形，包含更高阶模式和物质效应，验证其在参数空间中的鲁棒性和计算效率。
2026-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic model of binary extreme-mass-ratio inspiral systems and their gravitational radiation
本文提出b-EMRI三体系统的相对论模型，利用黑洞微扰理论计算低频与高频引力波形，发现小双黑洞可共振激发SMBH的准正则模式，从而加速系统演化，为天基引力波探测器提供独特的波形模板。
2025-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waveforms for compact binaries from second-order self-force theory
本文利用二阶自力理论的双时间尺度展开快速生成无自旋致密双星准圆旋进波形，结果与数值相对论高度一致，可服务于 LISA 及 LIGO-Virgo-KAGRA 观测。
2023-03-29 astro-ph.HE 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
Fast, faithful, frequency-domain effective-one-body waveforms for compact binary coalescences
从引力波观测中推断双星中子星的性质需要产生数百万个波形，每个波形在频率范围内跨越大约三个数量级。因此，波形模型必须有效地产生，并在同一时间，是忠实的后牛顿准绝热螺旋合并制度。这个问题的一个简单的解决方案是将有效的一体波形与固定相位近似相结合，以获得从任何低频到合并都有效的频域多极近似。我们表明，在后绝热近似中产生的有效的一体频域波形与当前的唯象模型和代理模型在计算上具有竞争力，（几乎）任意长，并且忠实于任何二进制参数的合并。同样的方法也可以用来有效地产生中等质量的二元黑洞螺旋波形检测天基干涉仪。
2020-11-30 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
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
Improved analytic extreme-mass-ratio inspiral model for scoping out eLISA data analysis
天基引力波探测器eLISA已被选为欧空局L3任务，任务设计将在本十年末完成。为了准备未来几年的任务规划，将使用模拟数据挑战来解决数据分析中的几个悬而未决的紧迫问题，这些挑战来自2015年底发射的LISA探路者卫星的仪器测量。这些数据挑战将需要准确和计算上负担得起的波形模型，用于预期的来源，如恒星质量致密物体进入大质量黑洞的极端质量比吸入（EMRI）。以前的数据挑战利用了Barack和Cutler的著名分析EMRI波形，由于其不匹配的径向，极向和方位角频率，这些波形在数小时内生成速度非常快，但相对于更准确的波形而言是去相位的。在本文中，我们描述了一种增强的Barack-Cutler模型，该模型使用频率映射到正确的Kerr频率，以及更新的演化方程和简单的拟合到更精确的模型。增强的波形保持相位数月，并且可以在几乎没有额外计算成本的情况下生成。
2015-10-21 astro-ph.HE 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
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
