A waveform model for eccentric binary black hole based on effective-one-body-numerical-relativity (EOBNR) formalism
双黑洞系统是探测引力波的重要源之一。它们也是广义相对论理论研究的好对象。重力波形模板对数据分析有重要意义。连续单体数值相对论（EOBNR）模型在LIGO数据分析中起着重要的作用。对于未来的天基引力波探测，许多双星系统将承认一定的轨道偏心率。同时，偏心双星也是广义相对论理论研究的一个有趣课题。本文在有效单体数值相对论框架下构造了第一个偏心二元波形模型。我们在模型构建中的基本假设是所涉及的偏心率很小。我们比较了偏心EOBNR模型和LIGO数据分析中使用的圆形模型。我们还测试了我们的偏心EOBNR模型对另一个最近提出的偏心二进制波形模型，对数值相对论模拟结果，并对极端质量比二进制系统的微扰近似结果。与偏心率约为0.2的数值相对论模拟相比，我们的偏心EOBNR模型的重叠因子优于0.98的所有测试的情况下，包括无自旋的二进制和自旋二进制，等质量的二进制和不等质量的二进制。希望我们的偏心模型可以成为未来天基引力波探测器的起点。
2017-08-01 gr-qc
Mapping eccentricity evolutions between numerical relativity and effective-one-body gravitational waveforms
本研究针对偏心率定义模糊导致测量不一致的问题，通过28组偏心双黑洞数值相对论模拟，开发了偏心率演化测量流程，实现了模拟数据与有效单体模型间的偏心率可靠映射，助力偏心波形模型精度提升。
2024-11-04 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
Spin effects in gravitational waveforms and fluxes for binaries on eccentric orbits to the third post-Newtonian order
本文推导了偏心轨道上旋转致密双星到第三后牛顿阶的波形模式与能量角动量通量，包含次领头阶自旋效应和遗传贡献，可提升波形模型精度。
2024-12-16 gr-qc
Adding higher-order spherical harmonics in non-spinning eccentric binary black hole merger waveform models
Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）；Theoretical AstroPhysics Including Relativity and Cosmology, California Institute of Technology（加利福尼亚理工学院包括相对论和宇宙学的理论天体物理学）；Department of Physics and Center for Computational Research, University of Rhode Island（罗德岛大学物理系与计算研究中心）；Department of Physics, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校物理系）；Center for Scientific Computing and Data Science Research, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校科学计算与数据科学研究中心）；Department of Mathematics, University of Massachusetts, Dartmouth（麻省大学达特茅斯分校数学系）
利用gwNRHME框架将多模态准圆形波形模型与四极偏心波形模型结合，构建多模态非自旋偏心模型，并通过数值相对论模拟验证其准确性。
2026-06-23 gr-qc
Effective one-body model for extreme-mass-ratio spinning binaries on eccentric equatorial orbits: testing radiation reaction and waveform
我们提供了一个系统的多极引力波形分析，能量和角动量通量发射的非自旋测试粒子轨道克尔黑洞沿赤道，偏心轨道。这些量通过在时域中数值求解Teukolsky方程来计算，然后用于测试和改进有效单体（EOB）模型的辐射反应（和波形）。偏心率被纳入EOB取代准圆牛顿（或领先的顺序）前置因子的EOB因式分解的多极波形（和通量）与它们的通用对应物。数值和分析量之间的比较进行了很大一部分的参数空间，特别是接近分界线和高偏心率的轨道。分析模型同意$\sim 1\%$与轨道的数值数据与中等偏心率（$e\lesssim 0.3$）和中等自旋（$\hat{a}\lesssim 0.5$），虽然这增加到$\sim 33\%$的大，正，黑洞自旋（$\sim 0.9$）和大偏心率（$\sim 0.9$）。对于中等偏心率，新的EOB通量可以用来驱动动力学通过非绝热过渡从偏心螺旋暴跌，合并和衰荡，从而提供了一个准确的描述合并。我们还表明，同样的技术可以应用于双曲相遇。在一般情况下，我们的方法辐射反应偏心吸气应被视为第一步EOB建模的极端质量比吸气波形的LISA。
2022-03-30 gr-qc
A first survey of spinning eccentric black hole mergers: Numerical relativity simulations, hybrid waveforms, and parameter estimation
我们分析了一个新的数值相对论数据集的自旋，但nonprecessing二进制黑洞偏心轨道，偏心率从约$0.1$ $0.5$，与无量纲自旋$0.75$包括在质量比$q=m_1/m_2 = (1, 2)$，并进一步nonspinning二进制质量比$q = (1.5, 3, 4)$。这些模拟的最终质量和自旋与noneccentric数据的比较扩展了以前的结果在文献中的旋转情况下的偏心双星的圆化。对于$(l,m)=(2,2)$自旋加权球谐模，我们构建偏心混合波形连接的数值相对论数据后牛顿描述的inspiral，我们讨论了在当前知识的局限性后牛顿理论复杂的偏心混合波形的产生。我们还进行了贝叶斯参数估计研究，量化参数偏差时，使用三种不同的准圆形波形模型来估计高偏心二进制系统的参数。我们发现，所使用的对齐自旋准圆模型包括高阶模式产生较低的偏置在某些参数比非旋进准圆模型没有高阶模式和准圆旋进模型。
2020-04-12 gr-qc
Third post-Newtonian dynamics for eccentric orbits and aligned spins in the effective-one-body waveform model SEOBNRv5EHM
针对偏心轨道合并双星波形模型的偏差问题，在EOB形式体系内推导了偏心、自旋对齐双星的第三后牛顿阶解析结果，构建了SEOBNRv5EHM模型，提升了偏心轨道波形精度。
2025-08-21 gr-qc
Phenomenological relationship between eccentric and quasi-circular orbital binary black hole waveform
本文扩展了 Setyawati 和 Ohme 的唯象拟合模型，使其能从准圆非自旋波形构造偏心率高达0.4且适用于各种自旋构型的引力波波形，并揭示了偏心与准圆轨道波形间的普适唯象关系。
2024-11-20 gr-qc
Adding eccentricity to quasicircular binary-black-hole waveform models
从合并偏心双星黑洞的引力波信号的检测将产生前所未有的信息，在特定的情况下，如致密的星团和三体相互作用的动力学形成的致密双星的形成和演化。地面干涉仪LIGO和Virgo的引力波搜索依赖于准圆轨道上双星的分析波形模型。偏心合并的波形模型发展较少，只有少数的偏心合并的数值模拟是公开的，但几个偏心inspiral模型已经开发出后牛顿膨胀。在这里，我们提出了一种新的方法来转换的主导四极模式的任何圆形的分析双黑洞模型到偏心模型。首先，使用数值模拟，我们研究的额外的振幅和频率调制的偏心信号，不存在于他们的圆形同行。随后，我们确定了这些调制的合适的分析描述，并从指定为我们的训练数据集的12个数值模拟中插入关键参数。这使我们能够重建质量比为3和偏心率为0.2的任何波形的调制幅度和相位。我们发现，新模型与数值模拟的最小重叠约为0.98，在我们所有的测试数据集上，这些数据集以35 Hz的频率从aLIGO A+设计灵敏度开始缩放到50 M $_\odot$黑洞二进制。一个Python包\pyrex可以很容易地执行这种方法的计算。
2021-06-08 gr-qc
Analytic Waveforms for Eccentric Gravitational Wave Bursts
在这里，我们提出了第一个分析有效的飞（EFB）波形，旨在准确地捕捉到的引力辐射的爆发，从最近的办法，高度偏心的紧凑型双星。的波形是通过执行一个再求和程序上著名的傅立叶级数表示的两体问题在领先的后牛顿秩序。该过程产生两个模型：一个在时域中，一个在傅立叶域中，其利用固定相位近似。我们讨论了这些模型的计算效率，发现时域模型的速度大约是数值四极波形的两倍。我们比较了时域模型的数值，领先的后牛顿秩序，四极波形和数值相关性飞的波形使用匹配统计。虽然与四极子波形相比，匹配通常是$>0.97$，但由于忽略了模型中的相对论效应，与数值相对论飞越波形相比，匹配要低得多。我们进一步展示了如何使用这些单独的波形来检测重复的突发源。
2020-03-30 gr-qc
A complete waveform comparison of post-Newtonian and numerical relativity in eccentric orbits
本文系统比较偏心轨道中的3PN与NR波形，通过多模式及180组波形分析频率、振幅、相位和初始偏心率，明确二者在旋进阶段一致而在并合附近偏离。
2025-03-14 gr-qc
Exploiting Newton-factorized, 2PN-accurate, waveform multipoles in effective-one-body models for spin-aligned noncircularized binaries
我们提出了一种新的方法来因式分解和恢复后牛顿（PN）波形的通用赤道运动中使用的有效单体（EOB）为基础的波形模型。新的多极波形因式分解改进了以前的规定，因为：（i）通用牛顿贡献从每个多极子中分解出来;（ii）圆形部分使用标准EOB方法分解出来并建模;（iii）剩余的，2PN精确的，非圆形部分，特别是尾部贡献，使用Padé近似法进行建模。由此产生的波形验证在极端质量比的限制，通过比较与9个（主要是nonspinning）的数值波形，无论是从偏心吸气，偏心高达$e=0.9$，或动态捕获。非圆尾贡献的重新计算对于获得良好的（$e=0.9$在近星点的${\lesssim}0.05$~rad）分析/数值一致性和仅用牛顿前因子显著改进公式是必不可少的。在可比较的质量情况下，新的2PN波形仅显示出比先前的牛顿因式分解的边际改进，尽管在偏心率高达$\sim 0.3$的28个公开可用的数值相对论模拟中产生了最大的不忠实性$\simeq 10^{-3}$（除了一个掠过$10^{-2}$的单个离群值）。最后，我们使用测试粒子数据来验证Khalil等人提出的波形分解。【物理】修订版~ 104（2021）2，024046]，并得出结论，其幅度可以被认为是可靠的（虽然不太准确，$\sim 6\%$分数差异与我们的方法的$1.5\%$），只有到偏心率$\sim 0.3$。
2022-03-08 gr-qc
Large-Eccentricity Asymptotics and Fast Analytic Approximation for Fourier modes of Post-Newtonian Eccentric Waveforms
Instituto de Física Téorica UAM-CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（中国科学院大学杭州高等研究院）
本文发展了计算后牛顿二体系统引力波傅里叶模的渐近分析方法，推导了高偏心率下偏心增强函数的渐近展开，并构建了端点约束的解析近似方法，实现大偏心率下傅里叶模的快速计算，误差控制在10^-3以内，适用于p≤200的傅里叶模。
2026-09-07 gr-qc
A faithful analytical effective one body waveform model for spin-aligned, moderately eccentric, coalescing black hole binaries
本文提出了一个新的偏心二元聚并的有效单体模型。该模型源于国家的最先进的模型TEOBResumS $\_$ SM的圆形聚结黑洞双星，这是修改明确纳入偏心率的影响，在辐射反应和波形。以Regge-Wheeler-Zerilli型引力波损失计算为基准，我们发现，通过对当前的、EOB坐标化的、圆化的角动量通量进行修饰，并在一般轨道上引入一个首阶（类牛顿）前因子，可以给出沿轻度偏心轨道（$e \sim 0.3$）辐射反应的一个相当精确的（$\sim 1\%$）表达式.一个类似的方法实现的波形多极。该模型完成了通常的合并振铃通知循环数值相对论（NR）模拟的一部分。该模型的验证对22个，公开可用的，NR模拟计算的模拟极限时空（SXS）的合作，与温和的偏心率，质量比在1和3之间，高达相当大的无量纲自旋值（$\pm 0.7$）。用先进LIGO噪声计算的最大EOB/NR不忠实度最多为$3\%$阶。这里提出的分析框架应被视为一个有前途的起点，为开发高度忠实的波形模板驱动的偏心动力学，目前，并可能在未来，引力波探测器。
2020-10-28 gr-qc
Numerical relativity higher order gravitational waveforms of eccentric, spinning, non-precessing binary black hole mergers
我们使用开源的，社区驱动的，数值相对论软件，爱因斯坦工具包，研究偏心，旋转，非旋进的二进制黑洞合并与质量比$q=\{2, 4, 6\}$，个别无量纲自旋参数$χ_{1z}=\pm0.6$，$χ_{2z}=\pm0.3$，其中包括高阶引力波模式$\ell\leq4$，除了记忆模式的物理。假设恒星质量的二进制黑洞合并，可以检测到先进的LIGO探测器，我们发现，包括模式高达$\ell=4$增加的信号噪声之间的$3.5\%$到$35\%$的紧凑型二进制文件，相比，只包括$\ell=|m|=2$模式的信号。我们使用两个波形模型，TEOBResumS和SEOBNRE，其中包括自旋和偏心率校正的波形动力学，量化的轨道偏心率的数值相对论目录规范不变的方式，通过拟合因子计算。我们的研究结果表明，包含高阶波模式有一个可测量的影响，在恢复中度和高度偏心黑洞合并，因此，它是必不可少的波形模型和信号处理工具，准确地描述这些天体物理源的物理。
2023-03-21 gr-qc
A 3PN Fourier Domain Waveform for Non-Spinning Binaries with Moderate Eccentricity
虽然目前地面探测器的引力波观测结果与准圆形轨道上的紧凑双星一致，但在不久的将来，地面和空间仪器可能会探测到偏心双星。偏心率显著地使引力波信号复杂化，并且我们目前缺乏在中等到大偏心率范围内有效的快速和准确的模型。在以前的论文中，我们建立了一个傅立叶域，偏心波形模型在领先的顺序在后牛顿近似，即作为一个扩展在小速度和弱场。在这里，我们将这个模型扩展到第三后牛顿秩序，将近星点进动和更高的后牛顿秩序的影响，定性地改变波形的行为。我们的3 PN模型结合了固定相位近似，截断的两个轨道频率（方位角和径向的）的组合的谐波和，以及在轨道分离和偏心率的双变量扩展。我们通过与完全数值的时域后牛顿模型的比较来验证该模型，并在大部分参数空间中找到了良好的一致性（$97\% - 99\%$之间的匹配）。我们估计在哪些区域的参数空间偏心效应是重要的，通过探索的信噪比偏心校正。我们还研究了更高的后牛顿阶项的波形振幅的影响，以及不同的PN一致的，数值的，时域模型之间的协议。在努力指导未来的改进模型，我们衡量我们的3 PN模型中所产生的不同的解析近似用于构建it. This模型是有用的初步数据分析调查，它可以允许一个现象学的混合，将偏心率到一个inspiral-merger-ringdown模型的错误。
2019-03-12 gr-qc
New Avenue for Accurate Analytical Waveforms and Fluxes for Eccentric Compact Binaries
我们介绍了一种新的范例，用于构建精确的分析波形（和通量）的偏心紧双星。我们的配方建立在标准的后牛顿（PN）的方法，但（i）保留隐式时间导数的相空间变量的瞬时部分的非圆形波形，然后（ii）适当的因式分解和求和这个部分PN隐式波形使用有效的一体（EOB）程序。我们测试我们的处方对通过求解Teukolsky方程的测试质量源轨道的克尔黑洞的精确结果，并比较使用的精确与PN运动方程的时间导数计算。只集中在四极贡献，我们发现，使用精确的运动方程产生的（平均）角动量通量的分析/数值协议，改进了$40\%$相对于以前的工作，与$4.5\%$分数差偏心率$e=0.9$和黑洞无量纲自旋$-0.9\leq \hat{a}\leq +0.9$。我们还发现了一个显着的收敛趋势之间的牛顿，1 PN和2 PN结果。我们的方法结转到可比质量的情况下，使用的运动方程和忠实的EOB为基础的波形模型为当前和未来的引力波探测器的长螺旋偏心双星铺平了道路。
2022-08-31 gr-qc
Post-Newtonian theory-inspired framework for characterizing eccentricity in gravitational waveforms
Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）；Theoretical AstroPhysics Including Relativity and Cosmology, California Institute of Technology（加州理工学院理论天体物理学（含相对论与宇宙学））；Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院国际理论科学中心）
提出一种基于后牛顿理论的框架，利用引力波球谐模的调制特征一致地表征非旋进偏心双黑洞合并的偏心率，并验证其与数值相对论模拟的平滑连接。
2026-06-23 gr-qc
Revisiting the relationship of black-hole kicks and multipole asymmetries
本文全面分析了黑洞双星并合中线性动量通量与多极不对称性的关系，发现大的不对称性并非总是导致大踢动，并提供了测试波形模型的工具，修复了IMRPhenomXO4a的相位定义问题。
2025-03-25 gr-qc
Eccentric and unbound compact binaries in the LIGO-Virgo-KAGRA catalog: parameter estimation and waveform systematics with SEOBNRv6EHM
University of Nottingham（诺丁汉大学）；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 Maryland（马里兰大学）
使用SEOBNRv6EHM波形模型对LIGO-Virgo-KAGRA目录中的26个引力波事件进行参数估计，发现五个事件有轻度偏心支持，并分析了三个高质事件中非束缚初始条件的可能性。
2026-05-27 gr-qc
Eccentric binary black holes: A new framework for numerical relativity waveform surrogates
针对偏心双星引力波波形建模难题，研究提出新的数值相对论波形分解方法，结合径向相位域参数化、并合铃宕代理模型及径向振荡周期性利用技术，构建的代理模型可高精度还原波形，为偏心系统参数估计等研究奠定基础。
2025-10-02 gr-qc
Including mode mixing in a higher-multipole model for gravitational waveforms from nonspinning black-hole binaries
由于引力波观测的双黑洞正在成为一个精确的工具，物理学和天文学，几个次显性效应的引力波信号需要精确建模。先前的研究表明，忽略GW模板中的次主导模式会导致检测效率的不可接受的损失和大质量比的二进制估计参数的大系统误差。我们最近的工作[Mehta等人，Phys. Rev. D 96，124010（2017）]为非自旋黑洞双星构建了一个唯象引力波形族，除了主四极模$(\ell = 2, m=\pm 2)$外，还包括次主球谐模$(\ell = 2, m = \pm 1)$、$(\ell = 3, m = \pm 3)$和$(\ell = 4, m = \pm 4)$。在本文中，我们构建了（$\ell = 3, m = \pm 2$）和（$\ell = 4, m = \pm 3$）模式的分析模型，并将其纳入现有的波形系列。这些模式的精确建模是复杂的混合多个球面谐波模式。我们开发了一种方法来精确地模拟模式混合的影响，从而产生一个分析波形的家庭，具有> 99.6%的忠实度。
2019-06-28 gr-qc
Measuring Eccentricity and Addressing Waveform Systematics in GW231123
Center for Gravitational Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校引力物理中心）；Center for Computational Relativity and Gravitation, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院计算相对论与引力中心）
研究通过物理完备模型重新分析GW231123，考虑自转进动和偏心率，发现无显著偏心率证据，且排除偏心率对推断影响小。即使存在较大偏心率，也未测得显著非零偏心率。
2026-04-18 gr-qc
Effective one body multipolar waveform model for spin-aligned, quasi-circular, eccentric, hyperbolic black hole binaries
基于最近的工作，我们提出了一个改进的有效单体（EOB）模型的自旋对齐，合并，黑洞的一般轨道配置，即准圆形，偏心或双曲线轨道的双星。该模型依赖于将一般的牛顿前因子，而不是通常的准圆形的，在辐射反应和波形的想法。相对于以前的工作的主要进展是，准圆极限的模型，现在正确地告知数值相对论（NR）准圆模拟。这提供了EOB/NR不忠实的占主导地位的四极波形，计算与先进的LIGO噪声，在$1\%$的顺序在一个有意义的部分，准圆形NR模拟计算的模拟极限时空（SXS）的合作。在偏心率存在的情况下，该模型在28个公开的SXS NR数据集上同样是NR-忠实的，$\lesssim 1\%$，初始偏心率高达$\simeq 0.2$，质量比高达$q=3$，无量纲自旋幅度高达$+0.7$。更高的多极子，直到$\ell=5$也可靠地模拟通过偏心inspiral，暴跌合并和ringdown。对于双曲状配置，我们还表明，EOB计算的散射角是在良好的协议与所有目前可用的NR结果。
2021-04-14 gr-qc
Rotational-tidal phasing of the binary neutron star waveform
潮汐力会导致螺旋状的中子星变形，在它们发出的引力波上留下可测量的印记。诱导的恒星多极是一个额外的引力辐射源，并修改轨道动力学，产生轻微的加速合并，表现为相对于点粒子的波形相移。这个潮汐相位的主要部分来自质量四极子，其贡献为第五后牛顿阶（5PN）。电流四极子和质量八极子在高阶上有贡献。对于自旋中子星，自旋和潮汐之间的非线性耦合会产生额外的多极矩。我们计算这些旋转潮汐变形假设恒星旋转缓慢，潮汐弱，准静止。恒星多极矩是从一个渐近平坦的度量中读出的，该度量编码了它们的潮汐响应与黑洞的潮汐响应之间的差异。多极随后插入后牛顿公式的轨道和引力辐射。我们发现，在领先的顺序，旋转潮汐变形作出了6.5PN的潮汐相位的贡献。因此，它们对波形的影响大于质量八极子的影响，在自旋不可忽略的系统中，几乎与电流四极子的影响一样大。
2018-05-04 gr-qc
Universal phenomenological relations between spherical harmonic modes in non-precessing eccentric binary black hole merger waveforms
Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）；Theoretical AstroPhysics Including Relativity and Cosmology, California Institute of Technology（加州理工学院理论天体物理学（含相对论与宇宙学）部门）；Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（印度塔塔基础研究院国际理论科学中心）
基于数值相对论模拟，发现非进动偏心双黑洞合并中不同球谐模态的振幅和频率调制由单一时间序列决定，并建立框架gwNRXHME利用四极偏心波形和多模态准环形非进动波形计算多模态偏心波形。
2026-06-23 gr-qc
Accurate waveforms for eccentric, aligned-spin binary black holes: The multipolar effective-one-body model SEOBNRv5EHM
针对双黑洞偏心轨道引力波信号的参数估计需求，本文开发了SEOBNRv5EHM多极有效单体波形模型，其对偏心NR模拟的不忠实度低至0.02%，准确性较前代提升一个数量级，适用于数据分析且验证了GW150914等事件无偏心率特征。
2025-08-21 gr-qc
Faithful effective-one-body waveform of small-mass-ratio coalescing black hole binaries: the eccentric, nonspinning, case
提出一种适用于极端质量比、偏心无自旋双星的EOB波形，结合RWZ铃宕模型与NQC修正，使并合与铃宕阶段四极相位差≤0.05 rad，并建模至ℓ=m=5高阶模式。
2023-10-23 gr-qc
Upgraded waveform model of eccentric binary black hole based on effective-one-body-numerical-relativity for spin-aligned binary black holes
本研究将SEOBNRE模型更新为与SEOBNRv4一致的升级版，提高了高自旋黑洞的精度，在证实在特定参数范围内对数值相对论波形的拟合度优于98.2%。
2023-06-27 gr-qc
A Rosetta Stone for eccentric gravitational waveform models
轨道偏心率是动力学双星黑洞形成的一个关键特征。合并中的双星发出的引力波包含了关于其轨道偏心率的信息，如果双星在合并附近保持足够的偏心率，就可以测量到这些信息。需要专用波形来测量偏心率。已经提出了几个模型，并显示出良好的协议与数值相关性在百分之几或更好的水平。然而，有多种方法来定义吸气系统的偏心率，并且不同的模型内部使用不同的偏心率定义，使得难以直接比较偏心率测量。在这项工作中，我们系统地比较了两个偏心波形模型，$\texttt{SEOBNRE}$和$\texttt{TEOBResumS}$，通过开发一个框架来转换不同的偏心率定义。在将一个模型的偏心率演化为与另一个模型相同的参考频率之前，通过最小化两个模型之间在偏心率和参考频率上的相对失配来构造该映射。我们表明，对于一个给定的偏心值传递到$\texttt{SEOBNRE}$，必须输入一个$20$ - $50\%$较小的偏心值到$\texttt{TEOBResumS}$，以获得具有相同的经验偏心波形。我们通过重复偏心数值相对论模拟的分析来验证这一映射，证明了$\texttt{TEOBResumS}$报告的偏心率值相应地比$\texttt{SEOBNRE}$小。
2022-07-28 astro-ph.HE gr-qc
Fourier domain gravitational waveforms for precessing eccentric binaries
我们建立了两个家庭的inspiral波形旋进双星偏心轨道上的傅立叶域。为了实现这一点，我们使用一个小的偏心率扩展的波形振幅，以分离的近星点进动的时间尺度从轨道的时间尺度，并使用一个移动的均匀渐近变换计算的傅立叶变换中存在的自旋诱导的进动。我们表明，所得到的波形可以产生一个中位数的忠诚度高于0.993相比，一个等效的时域波形与初始偏心率为$e_0 \approx 0.3$。我们还表明，当自旋较大时，使用圆形波形可能会导致参数恢复的显着偏差，即使系统已完全循环，特别是当累积的周期数很大时。这是当形成双星的天体在轨道平面上有非零自旋分量时，剩余离心率的影响。
2018-11-28 astro-ph.CO gr-qc
Rapid eccentric spin-aligned binary black hole waveform generation based on deep learning
本文提出基于深度学习的SEOBNRE_AIq5e2代理模型，通过自适应重采样技术加速偏心自旋对齐双黑洞波形生成，在保持高精度（平均不匹配度1.02×10⁻³）的同时实现每波形4.3毫秒的快速生成。
2024-11-22 astro-ph.IM gr-qc
Measuring eccentricity of binary black holes in GWTC-1 by using inspiral-only waveform
在本文中，我们估计的偏心的10个BBH在GWTC-1使用的inspiral-only BBH波形模板偏心FD。首先，我们测试我们的方法与模拟偏心BBHs。最后将该方法应用于实际的BBH引力波数据。我们发现GWTC-1中除GW 151226、GW 170608和GW 170729外的BBH都有很小的偏心率。在参考频率为10 Hz时，它们的偏心率上限为0.033 ~ 0.084，置信区间为90%。对于GW 151226、GW 170608和GW 170729，上限高于0.1。GW 151226和GW 170729的偏心率相对较大，可能是由于忽略了有效自旋和低信噪比，GW 170608值得后续研究。同时指出了非旋转波形模板在偏心测量中的局限性。BBH偏心率的测量有助于了解其形成机理。随着BBH引力波事件数量的增加和偏心BBH波形模板的更加完善，这将在不久的将来成为一种可行的方法。
2020-11-08 astro-ph.IM gr-qc
Comparing eccentric waveform models based on post-Newtonian and effective-one-body approaches, over an observationally relevant parameter space
本文在观测相关参数空间上系统比较了基于后牛顿的CBwaves与基于有效单体的SEOBNRE偏心双黑洞波形模型，通过大量模拟和不匹配度分析揭示两代码差异并考察离群点。
2024-05-23 gr-qc
Effective-one-body multipolar waveforms for eccentric binary black holes with non-precessing spins
在有效单体理论框架下，我们构造了一个非旋进双黑洞的内旋合并衰荡偏心引力波模型。这个波形模型，SEOBNRv 4 EHM，包括最近计算的偏心校正到2 PN阶的引力波形模式，特别是$(l,|m|)=(2,2),(2,1),(3,3),(4,4),(5,5)$多极，扩展了精确的准圆形SEOBNRv 4 HM模型偏心双星。波形模型再现了零偏心率极限，其精度与基础准圆形模型相当，但$\lesssim1\%$对准圆形数值相关性（NR）模拟不忠实。当与来自模拟极限时空目录的28个公开的偏心NR模拟进行比较时，初始轨道偏心率高达$e\simeq0.3$，无量纲自旋幅度高达$+0.7$，该模型提供了不忠实的$<1\%$，表明$(2,|2|)$模式和高阶模式都可靠地描述了偏心扇区中的NR数据集。波形模型SEOBNRv 4 EHM能够定性地再现动态捕获的现象，并且可以扩展到包括自旋进动效应。它可以用于即将到来的观测运行与LIGO-Virgo-KAGRA探测器和用于重新分析现有的GW目录，以推断偏心率参数的二进制与$e\lesssim0.3$（在20赫兹或更低）和自旋高达$\lesssim 0.9-0.95$。后者是参数空间的一个有前途的区域，其中一些双星的天体物理形成情景预测地基探测器带宽中的轻度偏心率。评估偏心波形模型SEOBNRv 4 EHM对于较大偏心度和自旋的准确性和鲁棒性将需要与参数空间的较大…
2022-02-09 astro-ph.HE gr-qc
Study of eccentric binary black hole mergers using numerical relativity and an inspiral-merger-ringdown model
本研究实现并验证了偏心双黑洞波形模型\texttt{EccentricIMR}，确认其在一定偏心率与质量比范围内与数值相对论数据匹配良好，还用于交叉比对不同星表数据、检验圆轨道并合模型及探究平近点角的作用。
2024-03-06 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
Effective chirp mass captures the inspiral frequency evolution of the non-spinning eccentric compact binary
含有黑洞的致密双星系统是先进的干涉型引力波探测器的主要来源。天体物理模型表明，在致密的恒星环境中，如球状星团和星系核中，具有明显的非零偏心率的双星系统的可能性有限。虽然大多数紧凑的二进制测量没有表现出明显的偏心率，约束的偏心率已被放置在少数检测到的事件。随着引力波探测器灵敏度的提高，偏心双星可能成为引力波窗口中的源。然而，高偏心值波形建模的挑战限制了偏心系统的搜索方法以及偏心的参数估计。波形独立的方法正在研究中。在这项工作中，我们证明了一个新的有效啁啾质量$\mathcal{M}_e$参数可以定义的非自旋偏心致密二元系统的动力学。我们得到的现象模型相同的低到中等偏心率值。一个直接的含义是它的应用程序中的未建模的搜索和作为另一个含义，我们证明了这个模型可以用来约束偏心率的非自旋偏心二进制在先进的检测器时代的波形模型无关的方式。
2021-12-06 gr-qc
Straightforward mode hierarchy in eccentric binary black hole mergers and associated waveform model
本研究利用SXS合作组的模拟数据，发现偏心双黑洞并合中各球谐模式的偏心调制可由单一时间序列建模，据此提出 gwNRHME 模型，将准圆波形转换为偏心波形，大幅降低了建模复杂度且误差极低。
2024-03-22 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Time-domain phenomenological multipolar waveforms for aligned-spin binary black holes in elliptical orbits
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Universität Zürich（苏黎世大学）；Max Plank Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））；Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)（空间科学研究所（欧洲空间信息中心，西班牙高等科学研究委员会））；Dutch National Institute for Subatomic Physics (Nikhef)（荷兰国家亚原子物理研究所（尼赫夫））
IMRPhenomTEHM是一种用于椭圆轨道对齐自转二体黑洞的时域现象学多极波形模型，具有高精度和低不忠度，适用于未来的引力波观测。
2025-03-17 gr-qc
Multipolar invariants and the eccentricity enhancement function parametrization of gravitational radiation
引力辐射可以被分解为辐射多极矩的无穷和，其在无穷远处参数化波形。多极后闵可夫斯基形式主义提供了这些多极和源多极矩之间的联系，称为物质源上的显式积分。然后将引力波能量、角动量和线动量通量表示为包含某些源矩组合的多极展开式。我们计算几个规范不变的量作为“积木”进入多极扩展的辐射能量和角动量在2.5后牛顿（PN）的准确性水平的情况下，双曲线运动，通过完成以前的研究，通过计算尾部效应的分数1PN顺序。我们表示这样的多极不变量在某些偏心增强因子函数，这是对应的众所周知的增强功能已经在文献中介绍的椭圆运动。最后，利用2. 5PN精确平均的能量和角动量通量，研究了引力辐射反应下轨道根数的绝热演化.
2022-04-17 gr-qc
Blind spots and biases: the dangers of ignoring eccentricity in gravitational-wave signals from binary black holes
本文研究忽略轨道偏心率对双黑洞引力波探测与参数估计的影响，发现准圆模型会导致信号漏检和参数偏差，并验证偏心波形模型足以刻画低质量偏心双黑洞。
2024-02-22 gr-qc
Non-linear multipole interactions and gravitational-wave octupole modes for inspiralling compact binaries to third-and-a-half post-Newtonian order
本文的动机是需要提高后牛顿（PN）的振幅精度的波形引力波产生的吸入紧凑的双星，无论是用于数据分析和后牛顿近似和数值相对论计算之间的比较。它提出：（i）3.5PN以下一般后牛顿物质源多极矩之间的非线性耦合，包括尾、尾之尾和非线性记忆效应的贡献;和（ii）源质量型八极矩（非自旋）紧致双星达到3 PN阶，这允许完成八极模（3，3）和（3，1）重力波形的阶数为3.5PN。在这种情况下，我们重新确认通过独立的计算，我们以前的结果有关的源质量型四极矩订购3 PN。文中还讨论了因子分解后的波形和对数对高阶的贡献。
2015-02-04 gr-qc
Ringdown modeling for effective-one-body waveforms in the test-mass limit for eccentric equatorial orbits around a Kerr black hole
Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；INFN sezione di Torino（都灵INFN分部）；Institut des Hautes Etudes Scientifiques（高等科学研究所）
研究非自转粒子落入 Kerr 黑洞的下落与合并过程，通过有效一體辐射反应驱动动力学，利用 Teukolsky 方程求解得到数值轨道-合并-环绕振动波形，并通过闭式假设建模合并-环绕振动波形，适用于高自转和高偏心率情况。
2026-03-19 gr-qc
Generalized quasi-Keplerian solution for eccentric, non-spinning compact binaries at 4PN order and the associated IMR waveform
我们推导出与偏心、非旋转致密双星的保守动力学相关的开普勒型参数解的第四后牛顿（4PN）贡献。在计算解时忽略了由于4PN尾效应而产生的某些零平均振荡项。我们提供了明确的表达式参数的解决方案和各种轨道元素的守恒能量，角动量和对称质量比。正则微扰理论（连同Pade近似的技术）被用来将4PN非本地的时间尾效应的作用角的框架内。然后，我们采用由此产生的解决方案，以获得一个更新的吸气合并振铃（IMR）的波形模型的非旋转，适度偏心的黑洞二进制合并，受arXiv：1709.02007。我们更新的波形预期在与上述参考相似的参数范围内有效。我们还提出了一个相关的波形，它只使用后牛顿方程，因此只适用于螺旋阶段。该波形预期适用于比我们的完整IMR波形（其假设接近合并的二进制的圆化）大得多的偏心率范围（$e_t \lesssim 0.85$）。最后，我们进行初步的数据分析研究，探讨包括4PN的贡献的二元动力学的重要性，同时构建偏心合并的引力波形模板。
2022-04-17 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
Testing dispersion of gravitational waves from eccentric extreme-mass-ratio inspirals
在广义相对论中，引力波不存在色散，而一些修正的引力理论预测了引力波传播中的色散现象。在本文中，我们证明了这种分散将导致一个可观察到的波形偏差，如果轨道有大的偏心率。其机理是由于偏心率的存在，不同频率的波形模式会同时发射。在传输过程中，由于色散的存在，不同模式的到达时间会不同，从而产生波形相对于广义相对论的偏差和失相。星载探测器可以观测到这种与极端质量比吸气有关的色散现象，从而改善对引力子质量的约束。此外，我们发现，分散效应也可能受到地面探测器比目前的结果更好地约束，如果一个高度偏心的中间质量比吸气被观察到。
2020-01-16 gr-qc
Accurate and efficient gravitational waveforms for certain galactic compact binaries
偏心轨道上的恒星质量致密双星是激光干涉空间天线的引力波源。我们提出了一个处方，以计算准确和有效的引力波偏振与束缚紧双星的任意偏心率和质量比在缓慢的进动轨道上移动。我们比较我们的方法与现有的文献中，并提出其优点。
2006-10-27 gr-qc
Initial Data and Eccentricity Reduction Toolkit for Binary Black Hole Numerical Relativity Waveforms
描述准圆双星黑洞合并的数值相对论波形的产生需要高质量的初始数据，以及迭代减少剩余偏心率的算法。到目前为止，这些工具仍然是封闭源代码，或者在商业软件中，这阻止了它们在高性能计算平台中的使用。为了解决这些限制，并确保更广泛的数值相对论社区可以使用这些工具，本文提供了在超级计算机平台上产生高质量数值相对论模拟所需的所有元素，即：开源参数文件，用于数值模拟具有非对称质量比的旋转黑洞双星;开放源$\texttt{Python}$工具，为准圆形轨道上旋转黑洞双星的数值相对论模拟提供高质量的初始数据;用于减少偏心率的开源$\texttt{Python}$工具，既可以作为独立软件，也可以部署在$\texttt{Einstein Toolkit}$的软件基础设施中。当数值相对论在引力波源的研究和解释中发挥越来越大的作用时，这个开源工具包填补了文献中的一个关键空白。作为我们社区建设工作的一部分，为了简化和加速这些资源的使用，我们提供了教程，逐步描述如何获得和使用这些开源数值相对论工具。
2020-11-17 gr-qc
Importance of eccentricities in parameter estimation of compact binary inspirals with decihertz gravitational-wave detectors
本文研究分赫兹引力波探测中轨道偏心率对双黑洞旋近参数估计系统误差的影响，发现极小偏心率即可使准圆波形模型产生显著偏差，并指出纳入偏心率领头阶修正可大幅提升建模精度。
2024-08-11 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
Gravitational waveforms for spinning compact binaries
天体的自转和轨道的偏心率对双星的引力辐射有重要影响。本文主要研究自旋致密双星的引力波偏振态。我们认为偏心轨道和自旋轨道相互作用的二进制到1.5后牛顿秩序的方式是独立的参数化的轨道。包括角变量的运动方程。给出了偏振态的形式表达式，其中包括对波形的高阶修正。
2008-06-13 gr-qc
First higher-multipole model of gravitational waves from spinning and coalescing black-hole binaries
引力波观测的双黑洞目前依赖于理论模型，预测的主导多极（l，m）的辐射在螺旋，合并和ringdown。我们介绍了一种简单的方法，包括次主导多极的二元黑洞引力波形，给出了一个频域模型的主导多极。原始模型的振幅和相位使用后牛顿结果（对于螺旋），微扰理论（对于衰荡）以及两者之间的平滑过渡进行了适当的拉伸和重新缩放。不需要对数值相对论模拟进行额外的调优。我们将这种方法的一个变体应用于非旋进PhenomD模型。结果PhenomHM构成了自旋黑洞双星的第一个更高多极模型，目前包括（l，m）=（2，2），（3，3），（4，4），（2，1），（3，2），（4，3）辐射矩。与数值相关性波形的比较表明，PhenomHM是更准确的比占主导地位的多极模型，只有所有的二进制配置，通常提高了测量的二进制属性。
2018-01-18 gr-qc
