Gauge-Invariant Gravitational Wave Extraction from Coalescing Binary Neutron Stars
本文报道了一种提取引力波的方法在三维聚并中子星数值模拟中的应用。我们发现，提取的波形包括对应于四极部分的背景度规的牛顿势的分量，如果它是在离中心恒星不远的位置进行监测。我们提出如何消除它。
2004-04-12 astro-ph gr-qc
Gauge conditions for binary black hole puncture data based on an approximate helical Killing vector
我们表明，准圆二进制黑洞轨道的穿刺数据允许一个特殊的规范选择，实现了一些必要的条件存在的近似螺旋Killing矢量场。引入自由参数的流逝在穿刺，我们可以满足的条件，Komar和ADM质量同意在空间无穷大。近似Killing矢量的其他几个条件则自动满足，并且3度规在小于轨道时标的时标上演化。然而，非本征曲率的时间导数仍然很重要。然而，准圆穿刺数据并不像人们所期望的那样远离螺旋基灵矢量。
2003-06-04 gr-qc
General Relativistic Numerical Simulation on Coalescing Binary Neutron Stars and Gauge-Invariant Gravitational Wave Extraction
我们正在开发合并双星中子星的三维模拟程序。利用极大切片条件得到了一个编码。为了评估引力辐射，我们实现了规范不变的波提取和比较的波形与度规张量在波区。波的能谱也进行了评估，调查的可能性，激发的准正常模式的黑洞，这可能是合并后形成的两颗恒星，可以观察到。
2003-06-24 astro-ph gr-qc
Vector gauge boson radiation from compact binary systems in a gauged $L_μ-L_τ$ scenario
一个紧凑的双星系统的轨道周期衰减主要是由于四极引力辐射，这与观测一致的百分之一。其他类型的辐射，如超轻标量或赝标量辐射，大质量矢量玻色子辐射也有助于轨道周期的衰减，只要发射粒子的质量小于紧凑双星系统的轨道频率。得到了中子星-中子星和中子星-白矮星双星在大质量矢量场辐射下的能量损失表达式。中子星由于简并电子的化学势较大，所以具有较大的μ介子电荷。我们导出了双星中由于$U(1)_{L_μ-L_τ}$规范玻色子辐射引起的能量损失。对于矢量玻色子的辐射，质量受致密双星轨道频率$M_{Z^\prime}<Ω\simeq10^{-19}eV$的限制。利用轨道周期衰减公式，得到了四个紧致双星系统规范$L_μ-L_τ$理论中规范玻色子耦合常数的限制。对于矢量规范玻色子μ子耦合，我们发现对于$M_{Z^\prime}<10^{-19}eV$，耦合常数的约束是$g<\mathcal{O}(10^{-20})$。我们还得到了有质量矢量普罗卡场和能与μ子耦合的规范场的不相容图。
2019-12-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Post Newtonian emission of gravitational waves from binary systems: a gauge theory perspective
本文从规范理论视角出发，基于局域化推导组合公式，计算极端质量比双星系统引力波光度的后牛顿展开，并在史瓦西和克尔黑洞情形下验证至第5阶和第3阶后牛顿阶数，揭示潮汐效应对重天体致密性的定量刻画。
2024-02-21 gr-qc hep-th
High accuracy binary black hole simulations with an extended wave zone
我们目前的结果从一个新的代码二进制黑洞演化使用移动穿刺的方法，实现有限差分广义坐标，并允许时空覆盖多个通信非奇异坐标补丁。在这里，我们考虑一个经常笛卡尔近区，适应球面网格覆盖波区。使用自适应坐标所产生的效率使我们能够保持足够的网格分辨率，以人为的外边界位置，这是因果关系断开的测量。对于一个等质量非自旋双星（在合并前演化了8个以上的轨道）的螺旋上升的充分研究的测试情况下，我们确定的相位和振幅的数值精度优于0.010%和0.090%，在螺旋上升，分别为0.003%和0.153%在合并期间。包括分辨的高次谐波的波形是收敛的，并且可以在整个仿真（包括合并和振铃）中一致地外推到$r\to\infty$。这些模式（到$(\ell,m)=(6,6)$）的振铃频率与微扰计算的结果在0.01%以内相匹配，这有力地证实了该残余物是以不可约质量$M_{\rm irr} = 0.884355\pm20\times10^{-6}$和自旋$S_f/M_f^2 = 0.686923 \pm 10\times10^{-6}$的克尔黑洞的形式存在的
2009-10-20 gr-qc
Accurate Evolution of Orbiting Binary Black Holes
本文详细分析了双黑洞在最后一个轨道上的演化过程，并证明了各个天体的轨道是一致的和收敛的。量规的选择会显著影响演化的整体精度。通过检查收敛极限，可以调和某些规范相关的差异。我们说明了这些结果使用的初始数据集最近演变的Bruegmann（物理评论快报。92，211101）。对于我们最高的分辨率和最精确的测量，我们估计该数据集的最后一个轨道的持续时间约为$59 M_{ADM}$。
2005-12-19 gr-qc
Enhanced Black-Hole Mergers in Binary-Binary Interactions
研究了四重系统中黑洞（BH）双星的轨道演化，其中第三重双星通过Lidov-Kozai（LK）振荡激发BH双星的大偏心率，导致BH双星通过引力辐射合并.对于典型的BH二进制的质量$m_{1,2}\simeq 20M_\odot-30M_\odot$和初始半长轴$a_0\sim100$ AU（这样的二进制有没有机会合并自己在$\sim10^{10}$ yrs），我们表明，二进制的相互作用可以显着增加合并的LK窗口（范围的同伴倾斜，允许BH二进制合并在10~Gyrs）。这种增加是由BH双星的LK振荡和由第三双星驱动的外（双星-双星）轨道的节进动之间的长期共振引起的。因此，在存在第三双星的情况下，BH合并分数增加到$10-30\%$，比在类似的三元系统中发现的合并分数大一个数量级。我们的分析（适当的缩放）可以很容易地适应其他配置的系统，如相对紧凑的BH二进制和适度层次的三元组，这可能会产生更高的合并分数。由于恒星四重体在银河场中的出现率并不比恒星三重体小得多，我们的结果表明，动力学诱导的BH合并可能是LIGO/VIRGO观测到的BH合并产生的一个重要通道.
2018-12-25 astro-ph.HE gr-qc
Constructing a boosted, spinning black hole in the damped harmonic gauge
阻尼谐波规范对于基于广义谐波爱因斯坦方程的数值相对论计算是非常重要的，并且被用来减少二元黑洞合并附近的坐标畸变。然而，目前还没有在该规范下构造准平衡二元黑洞初始数据的处方。相反，初始数据通常使用两个提升的解析单黑洞解的叠加作为约束方程的解中的自由数据来构造。然后，一个光滑的含时规范变换是在演化的早期完成的，以移动到阻尼谐波规范。使用这种策略来产生阻尼谐振规范中的初始数据需要在该规范中求解单个黑洞，这在解析上是未知的。在这项工作中，我们构建了一个单一的升压，自旋，平衡BH阻尼谐波坐标作为一个定期的时间无关的坐标变换从克尔-Schild坐标。为了做到这一点，我们推导并求解了一组4耦合，非线性，椭圆方程的这种转换，适当的边界条件。这个解现在可以用于构造二元黑洞的阻尼谐波初始数据。
2018-11-13 gr-qc
Pair creation in weak gravity and gauge backgrounds: spinning fields and binary stars
Universidad Nacional de La Plata（拉普拉塔国立大学）；CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）；Université de Tours, Université d’Orléans, CNRS, Institut Denis Poisson（图尔大学、奥尔良大学、法国国家科学研究中心、丹尼斯·普瓦桑研究所）；Università di Pisa（比萨大学）；INFN - Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）
该研究针对弱引力与规范场背景下的自旋0、1/2、1量子场，用重求和热核技术推导粒子对产生概率的二次阶闭合式，还将引力背景下的概率与爱因斯坦方程关联，并分析双星系统中该效应。
2026-09-03 gr-qc hep-th math-ph
Comparing Gravitational Waveform Extrapolation to Cauchy-Characteristic Extraction in Binary Black Hole Simulations
我们提取的引力波形的数值模拟计算的黑洞二进制使用频谱爱因斯坦代码。我们比较了两种提取方法：直接建设的纽曼-彭罗斯（NP）标量$Ψ_4$在一个有限的距离从源和柯西特征提取（CCE）。直接NP方法比CCE简单，但NP波形可能受到近区效应的污染-除非在距离源几个距离处提取波并外推到无穷远。即使这样，产生的波形原则上也会受到规范效应的影响。相比之下，CCE通过构造直接提供在未来零无限处的规范不变波形。我们通过使用两种不同的规范条件运行相同的物理模拟来验证CCE的规范不变性。我们发现，这两个规范条件产生相同的CCE波形，但外推的$Ψ_4$波形的差异。我们检查数据从几个不同的二进制配置和测量的主要来源的误差外推- $Ψ_4$和CCE波形。在某些情况下，我们发现外推到无穷大的NP波形与相应的CCE波形在估计的误差条内一致。然而，我们发现，在其他情况下，外推和CCE波形不一致，最明显的是$m=0$“记忆”模式。
2013-09-13 gr-qc
Efficient simulations of high-spin black holes with a new gauge
我们提出了一个新的选择初始数据的二元黑洞模拟，显着提高高自旋模拟的效率。对于每个黑洞，我们使用球面克尔-希尔德坐标，其中旋转黑洞的视界是球面的。叠加球形克尔-Schild初始数据减少运行时间的一个因素2相比，标准叠加克尔-Schild的中间分辨率自旋0.99二进制黑洞模拟。我们还探讨了延迟从初始数据规范到演化规范的过渡的可能性，这会产生额外的1.3的加速。
2021-10-14 gr-qc
Fully general relativistic simulation of merging binary clusters -- Spatial gauge condition --
我们已经进行了模拟的两个相对论集群之间的碰撞粒子的合并使用三维数值相对论代码。我们采用了一种新的空间规范条件，通过对Smarr和York提出的最小畸变规范条件进行稍微修改，得到了一个更简单的位移矢量方程。使用这种规范条件，我们已经进行了几次模拟的合并两个相同的集群之间，我们有不同的压缩，在集群中的内部运动的类型，和轨道速度的大小。合并的结果是形成一个新的旋转星系团或一个黑洞。在没有形成黑洞的情况下，模拟可以进行比动力学时间尺度长得多的时间，并且由此产生的引力波形被相当准确地计算出来：在这些情况下，在4000 Mpc的距离上，发出的引力波的振幅可以是$\sim 10^{-18}(M/10^6M_{\odot})$，而静止质量能量的$\sim 0.5%$可能在合并的最后阶段被引力波发射所耗散。这些结果证实，新的空间规范条件是有前途的许多问题，至少黑洞的形成。另一方面，在形成黑洞的情况下，规范条件似乎不太合适，但我们建议在这种情况下改进它的策略。所有的结果证实了我们制定的鲁棒性和我们的代码的能力，稳定发展的强引力场的紧凑型双星。
1999-05-17 gr-qc
Simulations of Binary Black Hole Mergers Using Spectral Methods
在数值方法和规范选择方面提出了几项改进，使我们能够用伪谱演化程序SpEC模拟“一般”双黑洞演化的合并和衰荡阶段。这些改进包括使用新的阻尼波规范条件，采用新的网格结构，适当的滤波以提高稳定性，以及在使网格结构符合黑洞的形状和大小方面的更好的自适应性。模拟说明这些新方法的成功，提出了各种二元黑洞系统。这些包括相当“一般”的系统，它们的质量不等（质量比可达2：1），自旋（大小可达0.4 M^2）指向不同的方向。
2009-09-21 gr-qc
Black Hole Binary Dynamics from the Double Copy and Effective Theory
我们描述了一个系统的框架计算保守的潜力，一个紧凑的二元系统，使用现代工具从散射振幅和有效场论。我们的方法结合了适用于有效场论，广义么正性，和双副本建设，其中涉及重力被积更简单的规范理论表达式的集成和匹配的方法。利用这些方法，我们导出了无自旋黑洞的守恒两体哈密顿量的第三个后闵可夫斯基修正。我们描述了一些详细的各种检查我们的集成方法和由此产生的哈密顿量。
2020-02-14 gr-qc hep-ph hep-th
Hybrid black-hole binary initial data
传统的黑洞二元穿刺初始数据是共形平坦的。这种非物理的假设加上缺乏辐射信号从二进制的过去生活。结果，从该数据的演变中提取的波形显示出突变。Kelly等人[Class.Quant.Grav.27：114005，2010]采用后牛顿（PN）计算方法得到的新的含辐射成分的二元黑洞初始数据，对数值相对论中的演化进行了穿刺.该数据满足2.5PN阶的约束方程，并且包含横向无迹的“波浪”度量贡献，违反了保形平坦的标准假设。虽然演化包含较少的杂散辐射，但也有不希望的特征;非物理视界质量损失和大的初始轨道偏心率。引入混合方法的初始数据评估，我们显着减少这些不需要的功能。
2010-12-04 gr-qc
Equivalence of ADM Hamiltonian and Effective Field Theory approaches at next-to-next-to-leading order spin1-spin2 coupling of binary inspirals
次次领头阶spin 1-spin 2势的螺旋二进制，这是必不可少的准确性，第四后牛顿阶，如果在二进制中的两个组件都迅速旋转，最近已独立地通过ADM哈密顿量和有效场论的方法，使用不同的规范和变量。在这里，我们表明这两个结果的完全物理等价性，从而我们首先证明的等效性的ADM哈密顿量和有效场论方法在次次领头阶与包含自旋。在自旋扇区的主要困难，这也规定了两个结果的比较处理的方式在这里，是多余的非物理自旋自由度的存在，与自旋规范选择的一个点内的扩展旋转对象的代表世界线。在规范固定和消除自旋及其共轭在作用量水平上的非物理自由度之后，我们得到了封闭形式的牛顿-维格纳变量的弯曲时空推广，它也可以用来获得进一步的哈密顿量，基于有效场论公式和计算。最后，我们利用我们的验证结果提供规范不变的关系之间的结合能，角动量，和轨道频率的吸气二进制与通用紧密旋转组件到第四后牛顿秩序，包括所有已知的部门到目前为止。
2014-12-01 gr-qc hep-th
New Coordinate Systems for Axisymmetric Black Hole Collisions
我们描述了一个数值网格生成过程，以构建新的正交坐标系，特别适合于二元黑洞时空类。新的坐标提供了一种替代方法，传统的卡德尔坐标，除了提供一个潜在的更稳定和灵活的平台，以扩展以前的计算的二进制黑洞碰撞。
1997-11-06 gr-qc
An efficient iterative method to reduce eccentricity in numerical-relativity simulations of compact binary inspiral
提出了一种新的迭代方法来减少黑洞双星模拟中的偏心率。给出了低偏心率起始动量的良好初始估计，通过比较inspiral和post-Newton计算，我们得到了~4轨道的穿刺初始数据，并构造了改进的初始参数。我们的方法是第一个直接应用于引力波（GW）信号，而不是轨道运动。GW信号通常较少受到量规效应的污染，量规效应在移动穿刺模拟中将偏心率的基于轨道运动的测量限制为$Δe \sim 0.002$的不确定性，使得难以将偏心率降低到该值以下。我们的新方法可以达到偏心率低于$10^{-3}$在一个或两个迭代步骤，我们发现，这是远远低于GW天文学的要求，在先进的探测器时代。我们的方法可以很容易地适应任何紧凑的二元模拟与GW的排放，包括黑洞二元模拟，使用替代方法，和中子星二元模拟。我们还评论的差异，偏心率估计的基础上应变$h$，和纽曼彭罗斯标量$Ψ_4$。
2012-04-10 gr-qc
Mining Gravitational-wave Catalogs To Understand Binary Stellar Evolution: A New Hierarchical Bayesian Framework
由地面引力波仪器（如高级LIGO和高级室女座）探测到的恒星质量致密双星系统的目录将提供对祖先系统的人口统计和指导恒星演化的物理学的见解。现有技术通过现象学建模、离散模型选择或模型混合来实现这一点。相反，我们探索了一种新的技术，挖掘引力波目录，直接推断后验概率分布的超参数描述的形成和演化的情况下（例如，祖金属丰度，踢参数，和共同的包络效率）。我们使用一个银行的紧凑二进制人口合成模拟训练高斯过程仿真器，作为一个先验观测参数分布（如啁啾质量，红移，率）。这个模拟器插入到一个分层的人口推断框架中，以提取Advanced LIGO和Advanced Virgo探测到的系统的潜在天体物理起源。我们的方法是快速的，很容易通过额外的模拟扩展，并且可以适用于训练任意的人口合成代码，以及不同的检测器，如LISA。
2018-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Multi-Domain Spectral Method for Initial Data of Arbitrary Binaries in General Relativity
提出了一种计算广义相对论中二元系统初始数据的多域谱方法。利用自适应保角坐标，将引力源外的真空区域分成两个子域，在子域内进行场量的谱展开。如果双星的一个组成部分是一颗中子星，那么就增加了一个复盖恒星内部的子域。因此，该方法可以用来构造任意的初始数据对应的双黑洞，双中子星或混合双星。特别地，可以通过穿刺和切除技术来描述黑洞成分。第一个例子给出的二进制黑洞切除数据，满足要求的准静态框架，它结合了共形薄三明治制定的约束方程与孤立视界条件的黑洞在准平衡。这些数值解得到了非常高的精度与适度的计算工作。此外，该方法被证明是适用的，即使当倾向于限制的情况下，如大的质量比的二进制组件。
2007-09-21 gr-qc
Momentum Flow in Black Hole Binaries: I. Post-Newtonian Analysis of the Inspiral and Spin-Induced Bobbing
简要介绍了一个新的加州理工学院/康奈尔大学的研究计划，探索弯曲时空的非线性动力学的双黑洞碰撞和合并，并在这个计划的初步项目，旨在阐明在黑洞双星（BBHs）的线性动量流。讨论了边带黑洞中线性动量局域化的“规范依赖性”（任意性），并希望线性动量的定性行为与规范无关。调和坐标建议作为一个可能的首选基础固定与线性动量的规范。对于BBH或其他紧致双星，朗道-李福席兹形式主义被用来定义双星的动量，即在物体表面或内部的积分，并定义物体外部的引力场（时空曲率）的动量，作为对场动量密度的体积积分。这些定义将在随后的论文中使用，通过数值相对论探索BBHs的内部非线性动力学。在1.5PN近似下，我们用这种形式来研究双星在轨道内旋过程中，双星体与其引力场之间的动量流。特别注意的是动量流和守恒与同步自旋引起的摆动的黑洞，在所谓的“极端踢配置”（其中两个相同的黑洞有他们的自旋躺在他们的轨道平面和反对齐）。
2009-02-24 gr-qc
A hyperbolic tetrad formulation of the Einstein equations for numerical relativity
对Estabrook、Robinson和Wahlquist发表的真空引力的四元方程进行了简化，并使之适用于数值相对论。我们证明，作为Ricci转动系数的偏微分方程的演化方程，不仅对于Estabrook等人所考虑的四分体框架加速度和角速度的Nester规范条件，也适用于van Putten和Eardley的Lorentz规范条件和固定规范条件。我们引入了一个失效函数和一个移位向量，以允许相对于由四元向量场定义的类时同余的一般坐标演化。
2005-07-28 gr-qc
Charged Black-Hole Binary Evolution at Second Post-Newtonian Order
Università di Perugia（佩鲁贾大学）；Niels Bohr Institute, Copenhagen University（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；INAF - Osservatorio Astronomico di Padova（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）
研究带电黑洞二体在并合阶段的引力波辐射，采用后牛顿展开框架，结合有效场论和经典方法，推导出保守和耗散动力学至二级后牛顿展开，并提供能量、近日点进动和散射角的规范不变表达。
2026-10-27 gr-qc hep-th
The binary black-hole dynamics at the third-and-a-half post-Newtonian order in the ADM-formalism
我们将Jaranowski和Schaefer [1]计算的Arnowitt-Deser-Misner（ADM）哈密顿量的辐射反应部分专门用于许多非旋转的点状物体，用于广义相对论的三分之一半后牛顿近似，用于二元系统。该哈密顿量用于计算二进制到1PN反应阶的瞬时引力能量损失。我们还推导出运动方程，其中包括PN反应项通过哈密顿和欧拉-拉格朗日方法。结果与文献[2]中Iyer-Will形式给出的一般规类的反应加速度表达式一致。
2003-06-10 gr-qc
Alternatives to standard puncture initial data for binary black hole evolution
标准穿刺初始数据已被广泛用于数值二元黑洞演化，尽管它们的缺点，最显着的是固有的缺乏引力辐射在初始时间，随后由一个突发的虚假辐射。我们研究了三种可选的初始数据方案的演变。三个备选方案中的两个是基于包含现实引力波的后牛顿展开式。第一种方案基于Arnowitt、Deser和Misner横向无痕（ADMTT）规范中的二阶后牛顿展开，该规范已恢复以接近黑洞的标准穿刺数据。第二种方案是基于远离黑洞的ADMTT规范中两个潮汐扰动Schwarzschild解的4-度规与一阶后牛顿展开的渐近匹配。最后一种方案是通过两个潮汐扰动Schwarzschild解的4-度规与远离黑洞的调和规范中的二阶后牛顿展开式的渐近匹配得到的。当演化时，第二种方案未能产生准圆轨道（而是导致几乎迎头碰撞）。这种故障可以追溯到由于低阶匹配而导致的非本征曲率的不准确。更令人鼓舞的是，后两种选择导致准圆轨道，并显示从演化开始的引力辐射，以及减少虚假辐射。目前的不足之处相比，标准的穿刺数据包括更多的偏心轨迹在inspiral和较大的约束违规，因为替代的数据集只是爱因斯坦方程的近似解。偏心问题可以通过调整初始动量参数来改善。
2012-10-24 gr-qc
Worldsheet formulations of gauge theories and gravity
在图表示（与Gambini和Trias以及Rovelli和Smolin的循环表示密切相关）中，规范理论的态的演化算子被公式化为在初始和最终图之间插值的世界片上的加权和。作为例子，将格点$SU(2)$ BF和Yang-Mills理论表示为世界片理论，并给出了几种连续统$U(1)$理论的（形式）世界片形式.有人认为，世界片框架应该是理想的代表GR，至少欧几里德GR，在4维，因为它是适应的4-双同态不变性的GR，和离散的3-几何中发现的循环表示量子化的理论。然而，世界表在GR中的权重尚未找到。
1994-12-12 gr-qc hep-lat hep-th
Flat slice Hamiltonian formalism for dynamical black holes
本文给出了耦合于标量场的渐近平坦球对称引力系统的哈密顿分析。这个1+1维场论可以看作是研究黑洞物理的“标准模型“。我们的分析适用于平切片Painleve-Gullstrand坐标。我们给出了这个系统的哈密顿作用量原理，它产生一个渐近质量公式。然后，我们执行一个时间规范固定，给出一个局部密度的积分的哈密顿量。与史瓦西规范的早期工作相比，哈密顿量采用了相对简单的形式，因此提供了一个适合完全量子化的设置。
2005-04-26 gr-qc hep-th
