Inference on gravitational waves from coalescences of stellar-mass compact objects and intermediate-mass black holes
由中子星或恒星质量的黑洞向$\gtrsim 100$太阳质量的中等质量黑洞的合并产生的引力波是先进引力波探测器的一个令人兴奋的可能来源。这些来源可以提供IMBH存在的明确证据，探测球状星团动力学，并可能作为广义相对论的测试。我们分析的准确性，我们可以测量的质量和自旋的IMBH和它的同伴在中等质量比合并。我们发现，我们可以确定一个IMBH的质量以上$100 ~ M_\odot$与$95\%$的信心提供了巨大的身体超过$130 ~ M_\odot$。对于高于$\sim200 ~ M_\odot$的源质量，最好的测量参数是准正常振铃的频率。因此，对于大质量双星来说，总质量的测量比啁啾质量更好，但是总质量仍然部分地随自旋简并，这无法精确测量。低频探测器的灵敏度对大质量源特别重要，因为对内旋相位的灵敏度对于测量恒星质量伴星的质量至关重要。我们表明，我们可以准确地推断宇宙学红移信号的源参数，通过施加适当的校正。我们研究了模型重力波形中不确定性的影响，并得出结论，我们的主要结果可能是强大的系统学。
2015-11-04 astro-ph.HE gr-qc
Studies of waveform requirements for intermediate mass-ratio coalescence searches with advanced detectors
恒星质量致密物体合并成中等质量黑洞（中等质量比合并; IMRAC）是地面引力波干涉仪在所谓高级配置中的一个重要天体物理来源。然而，对这些系统进行有效的基于匹配滤波器的搜索的能力受到缺乏可靠波形的限制。在这里，我们考虑的双星中，中等质量的黑洞的质量范围在24 - 200太阳质量与恒星质量的伴侣有质量范围在1.4 - 18.5太阳质量。此外，我们将双星的质量比q限制在1/140 < q < 1/10的范围内，并将我们的研究限制在具有非自旋组件的圆形双星的情况下。我们调查的相对贡献的信噪比（SNR）的三个不同阶段的合并：螺旋，合并和衰荡。我们发现，合并和振铃贡献了相当大一部分的总SNR的质量参数空间的大部分，虽然在有限的一部分的SNR是占主导地位的inspiral阶段。我们进一步确定了IMRAC质量空间中的三个区域，其中：（i）仅吸气搜索可以在检测率L损失在10% < L <27%的范围内的情况下执行，（ii）基于仅吸气模板的搜索导致检测率损失在27% < L <50%的范围内，以及（iii）包括合并和振铃的模板对于防止超过50%的检测率损失是必不可少的。我们调查的有效性，其中的IMRAC波形空间的吸气仅部分被覆盖，通过比较几个现有的波形家庭在这个制度。我们的研究结果加强了广泛的数值相对论模拟IMRAC的重要性，需要进一步研究合适的近似方案在这个质量范围内。
2014-01-07 astro-ph.HE gr-qc
Spin and Quadrupole Couplings for High Spin Equatorial Intermediate Mass-ratio Coalescences
中质量比合并是地基和天基引力观测的潜在信号。在广义相对论中，它们的波形的精确建模可以在包括自作用力和有限尺寸效应的黑洞微扰理论中实现。本文给出了在忽略自引力的情况下，考虑自旋耦合和有限尺寸效应的极高自旋黑洞近视界区赤道轨道Teukolsky摄动的解析结果.我们详细的临界行为发生接近最小的特定角动量，我们讨论的自旋和四极耦合的功能。
2019-10-16 gr-qc hep-th
Mergers of globular clusters in the Galactic disc: intermediate mass black hole coalescence and implications for gravitational waves detection
提出了一种新的通过银盘中的球状星团碰撞形成中等质量黑洞双星的通道。利用数值模拟，我们表明，IMBHs形成一个紧密的二进制，进入引力波（GWs）的排放占主导地位的制度驱动的恒星相互作用，并最终合并在$\lesssim 0.5$陀螺仪。这些事件对LISA来说是清晰可闻的，并且可能与最后进化阶段的电磁发射有关。在它们的轨道演化过程中，IMBH产生的逃逸恒星与GAIA和LAMOST观测结果相当。
2019-06-13 astro-ph.GA gr-qc
Premerger localization of intermediate mass binary black holes with LISA and prospects of joint observations with Athena and LSST
计划中的激光干涉空间天线（LISA）将能够探测质量范围为$\sim 10^{2} \mbox{-} 10^{4}\,M_{\odot}$至红移$z\sim20$的中等质量双星黑洞（IMBBH）的引力波。由于LISA围绕太阳的轨道运动产生的调制效应有助于精确的源合并前定位，这反过来又有助于电磁（EM）跟踪。在这项工作中，我们计算的不确定性，在天空中的位置，光度距离，并作为合并时间的函数合并的时间。对于代表性的质量的IMBBH，我们合成的人口的二进制统一定位和定向的半径为3 Gpc的球体上，并使用Fisher信息矩阵计算投影参数测量的不确定性。我们发现，对于总质量为$10^3\,M_{\odot}$的系统，在合并前一天，天空位置和光度距离的误差分别为$\sim 0.4\,\text{deg}^2$和$\sim 6\%$。聚结时间可以通过不确定性$\lesssim 10$秒（聚结前一天）来预测。我们还发现，对于$10^3\,M_{\odot}$，周围的$40\%$（$100\%$）的人口有一个源的本地化，是小于雅典娜（LSST）的视野合并前一天。这些极其精确的测量可以用来提醒地面GW探测器和EM望远镜有关这些合并的时间和位置。我们还讨论了机制，可能会产生EM发射IMBBH合并和研究其可探测性使用计划的遗产调查的空间和时间（LSST）在光学和雅典娜在X射线波段。电磁瞬态的检测可以为我们提供…
2022-11-18 astro-ph.HE gr-qc
Testing the Kerr nature of intermediate-mass and supermassive black hole binaries using spin-induced multipole moment measurements
利用引力波测量双黑洞系统的自旋多极矩系数可以区分黑洞和其它致密天体[N。V. Krishnendu等人，PRL 119，091101（2017）]。在这里，我们应用[N]中提出的思想。V. Krishnendu等人，PRL 119，091101（2017）]到由中等质量和超大质量黑洞组成的二元系统，并使用未来的天基引力波探测器推导出其克尔性质的预期界限。利用双星黑洞布居的天体物理模型，研究了自旋诱导四极矩和八极矩系数的LISA和DECIGO可测性。在设计灵敏度下，对于LISA能观测到的超大质量双星系统中几乎所有的$3\%$，双星系统的自旋诱导四极矩参数的误差为{ $\leq 0.1$}，而对于DECIGO能观测到的中等质量黑洞双星系统中几乎所有的$3\%$，双星系统的自旋诱导四极矩参数的误差为$\sim 46\%$}。我们发现，对于\it和LISA和DECIGO探测器，四极矩和八极矩参数的误差分别可以估计为$\leq 1$和$\sim 50\%$。{我们的发现表明，对于LISA和DECIGO探测器来说，具有分别大于200和100的信噪比阈值的二元黑洞事件的子群体将允许对黑洞性质的测试达到10%的精度。}
2020-09-24 gr-qc
Testing the multipole structure of compact binaries using gravitational wave observations
我们提出了一种新的方法来测试的一致性的多极矩的紧凑的二元系统与广义相对论（GR）的预测。一个紧凑的二进制系统，已知的对称和无迹张量的多极矩，用于计算后牛顿（PN）形式主义内的紧凑的二进制的引力波形。对于nonspinning致密双星，我们推导出的引力波定相公式，在频域中，参数化每个PN阶项的多极矩，有助于该命令。使用GW观测，这个{ \it{parametrized multipolar phasing} }将允许我们导出对GR多极结构的可能偏离的界限，从而约束其他引力理论的参数空间。我们计算了第二代地基探测器，如先进的激光干涉引力波天文台（LIGO），第三代探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，以及天基探测器激光干涉空间天线（LISA）将能够测量这些多极参数的预测精度。我们发现，虽然先进的LIGO可以测量前两个或三个多极系数具有良好的精度，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜可能能够测量的前四个多极系数进入定相公式。在计划的天基LISA任务频带内，质量比为几十的中间质量比螺旋应该能够测量3.5PN定相公式中出现的所有七个多极系数。我们的发现突出了这类源探测强场重力制度的重要性。这项实验将有助于对爱因斯坦广义相对论多极结构的首次探索。
2019-01-15 astro-ph.HE 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
Rapid localization and inference on compact binary coalescences with the Advanced LIGO-Virgo-KAGRA gravitational-wave detector network
本研究提出基于多ROQ基的快速参数估计框架，实现LVK探测器网络下BNS信号的低延迟高精度定位，中位分析仅6分钟，定位面积较BAYESTAR减少约30%，已集成至BILBY并用于LVK预警系统。
2023-07-25 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Sensitivity of gravitational wave searches to the full signal of intermediate mass black hole binaries during the LIGO O1 Science Run
通过模拟引力波信号在探测器数据流中的注入和后验恢复，估计了引力波搜索双星黑洞的灵敏度。当搜索报告没有检测到时，估计的灵敏度然后用于对目标源的聚结速率设置上限。为了获得正确的灵敏度和速率估计，注入的波形必须是真实信号的忠实表示。然而，到目前为止，注入波形忽略了辐射模式的顺序高于四极杆，潜在的偏置灵敏度和聚结率的估计。特别是，高阶模式已知有一个大的影响，在引力波发射的中等质量黑洞二进制。在这项工作中，我们评估的影响，这种近似的上下文中运行的两个搜索算法的LIGO科学合作在他们的搜索中等质量的黑洞二进制O 1 LIGO科学运行数据：匹配滤波器为基础的管道和一个连贯的未建模的。为此，我们估计这两个搜索模拟信号，包括和省略高阶模式的灵敏度。我们发现，省略高阶模式导致偏差的敏感性估计，这取决于群众的二进制，搜索算法和所需的检测水平的显着性。此外，我们比较了两种搜索算法在所研究的参数空间的灵敏度。我们的结论是，最近的LIGO-Virgo上限的合并率的中间质量黑洞二进制的高度不对称的情况下是保守的。然而，最严格的上限，放置在几乎相等的质量源，保持不变，由于较高的模式，相应的源的贡献小。
2017-11-06 gr-qc
Modeling ringdown II: non-precessing binary black holes
双黑洞合并的结果是一个扰动的残余物，它的引力辐射会衰减，编码新黑洞的近期历史和当前状态的信息。预计这种衰减辐射将主要由克尔准正规模组成，从而使广义相对论的检验成为可能。这里，第一个完整的非旋进双黑洞系统的衰减信号模型被提出：多极幅度和相位被建模为初始二进制参数的函数。我们发现，以主导合并多极子的峰值时间作为参考，导致主导模的激发是系统参数的一个非常简单的线性函数，这强烈地表明解析处理是可以实现的。特别是对于初始非自旋的黑洞，主导四极被激发为-4倍系统的对称质量比。应用该模型进行参数估计允许广义相对论预测模式振幅GW 150914的处理指示某些模式振幅和相对相位本质上难以约束。
2020-10-15 gr-qc
Sensitivity Comparison of Searches for Binary Black Hole Coalescences with Ground-based Gravitational-Wave Detectors
从二进制黑洞合并的引力波瞬变的搜索通常依赖于两种方法之一：匹配滤波与模板和形态无关的过剩功率搜索。在分析第一代地基引力波干涉仪的数据时，采用了多种算法来抑制非高斯噪声瞬变，并针对二元黑洞参数空间的不同区域。在本文中，我们比较了三个这样的算法的灵敏度：匹配滤波与完整的合并模板，匹配滤波与振铃模板和一个形态无关的多余的权力搜索。比较是在一个固定的误报率，并依赖于旋转，非旋进系统的总质量为25 - 350太阳质量，其中包括恒星质量和中间质量的黑洞二进制的参数空间的蒙特卡洛模拟的二进制黑洞合并。我们发现，在25 - 100太阳质量的质量范围内，搜索的敏感距离，边缘化的源参数，是最好的匹配滤波到全波形模板，在10%以内的误报率为每年3个事件。在100 - 350太阳质量的质量范围内，同样的比较有利于形态无关的过剩功率搜索到20%以内。还探讨了质量和自旋的依赖性。
2014-05-26 gr-qc
Intermediate behavior of Kerr tails
由于构造了合适的双曲面坐标，克尔时空渐近域中波传播的数值研究直到最近才成为可能。渐近性揭示了标量场衰变率中的一个明显的谜团：后期的衰变率似乎取决于有限距离的观测者是在强场域还是远离旋转的黑洞，这是一种被称为“分裂”的明显现象。我们讨论了远场“分裂”在全场和近地平线“分裂”在某些投影模式使用地平线穿透，双曲面坐标。对于任何一种情况下，我们提出了一个解释的原因的“分裂”的行为，我们确定唯一的衰减率，以前的研究发现是模糊的或不可测量的。远场“分裂”的解释投影模式之间的竞争。近视界“分裂”是由于激发较低的多极模式，其反向激发观察到“分裂”的多极模式。在这两种情况下，“分裂”是一种中间效应，使得强场速率在所有有限距离处都是有效的。然而，在任何有限的时间，有三个不同衰减率的区域，它们的边界在演化过程中向外移动。然后，我们提出了一个公式的尾巴，考虑到我们研究的模式间激发效应的衰减率。
2014-02-17 gr-qc
On the LISA science performance in observations of short-lived signals from massive black hole binary coalescences
研究在最悲观情况下LISA对大质量黑洞双星并合短寿命信号的观测性能，发现高阶多极矩使LISA能准确测量物理参数、红移并约束天空位置。
2022-12-05 astro-ph.CO gr-qc
Extreme- and Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Dynamical Chern-Simons Modified Gravity
Chern-Simons（CS）修正引力是一个四维有效理论，它起源于弦论和圈量子引力，通过加入标量场和宇称破坏的庞特里亚金密度的乘积来修正爱因斯坦-希尔伯特作用量。在这个理论中，自旋黑洞的引力场由修正的克尔几何描述，它的多极矩只在第四个多极子l = 4处偏离克尔矩。我们调查可能的签名，这一理论在引力波发射产生的恒星紧凑的对象到大质量的黑洞，无论是中间和极端的质量比的螺旋。我们使用半相对论近似，其中的轨迹是测地线的大规模黑洞的几何形状和重力波形从多极分解的辐射场。主要的CS修正波形产生的修改测地线的轨迹，由于大规模的黑洞的几何形状的变化，并表现为一个积累的退相相对于广义相对论的情况下。我们还讨论了该理论中引力波的传播和应力能量张量。我们发现，虽然这个张量具有相同的形式在广义相对论，能量和角动量平衡定律确实是通过CS标量场的应力-能量张量修改。这些平衡定律可以通过轨道参数的绝热变化来描述内旋，这反过来又会增强退相效应。用先进的地面探测器或激光干涉仪对中等或极端质量比的引力波进行观测，可以利用这种失相来测试动力学理论，达到前所未有的水平。
2009-04-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Unmasking noise transients masquerading as intermediate-mass black hole binaries
本文提出一种新的相似性度量，通过量化天体物理参数在探测器网络中的一致性，区分中等质量黑洞双星与伪装成它们的短时标高强度glitch，以保护IMBH族群研究免受噪声污染。
2024-03-29 astro-ph.HE gr-qc
Bi-orthogonal harmonics for the decomposition of gravitational radiation II: applications for extreme and comparable mass-ratio black hole binaries
物理系统简正模的估计是物理学中的一个基本问题。扰动克尔黑洞的准正规模及其相关的球谐函数是重要的例子，在引力波理论和数据分析中有着广泛的应用。最近，人们已经表明，\textit{adjoint} -球谐函数和相关的球多极矩可以用来估计任意源的辐射模式。在本文中，我们调查是否球多极矩，相对于他们的球谐对应，更好地近似的二元黑洞时空的基本模式。我们首先简要介绍伴随球谐函数。然后，我们详细介绍了一种基本的球谐分解，以及它的推广，同时估计亲和逆行时刻。提供了从可比的和极端的质量比二进制黑洞聚结的数值波形的应用实例。我们讨论了形态学的相关球体时刻在螺旋，合并，和衰荡。最后，我们讨论了潜在的应用在引力波理论和信号建模。
2022-06-30 gr-qc math-ph math.MP
Anatomy of the binary black hole recoil: A multipolar analysis
我们提出了一个多极分析的引力反冲计算在最近的数值模拟的二进制黑洞（BH）合并，为不相等的质量和非零，非旋进自旋。我们表明，多极矩，并包括l=4是足够的，以准确地再现最终的反冲速度（在~2%），只有少数占主导地位的模式显着的贡献（在~5%）。我们描述了如何相对振幅，更重要的是，相对相位，这几种模式控制的方式，反冲建立在整个螺旋，合并，和振铃阶段。我们还发现，数值结果可以重现的“有效牛顿”的多极矩公式，通过取代牛顿公式中的径向分离的有效半径计算的数值数据。除了合并，数值结果再现的三个克尔准正常模式（QNM）的叠加。通过用克尔BH的基本QNM表示多极矩得到的解析公式能够解释每个模拟的“反踢”的发生和数量。最后，我们应用多极分析，以帮助解释显着的差异，平面和非平面踢等质量旋转黑洞的振幅。
2007-12-20 astro-ph gr-qc
Excitation of high frequency voices from intermediate-mass-ratio inspirals with large eccentricity
恒星质量致密天体与中等质量黑洞的合并，也称为中等质量比螺旋，通常不被认为是目前地面引力波探测器的可行引力波源，因为这种源的频率通常较低。本文采用有效单体理论作为运动运动方程，通过在频域求解Teukolsky方程，得到了精确计算的重力波形。我们指出，中等质量比吸气的大偏心率可以激发出引力波的高频模。这些高频模式可以扩展到10 Hz以上，并进入Advanced LIGO和Advanced Virgo的设计敏感波段。我们认为，这种高偏心的中等质量比的吸气可能是可行的来源，并有可能被地面引力波探测器，如先进的LIGO和先进的处女座。
2017-09-30 gr-qc
Intermediate-mass black holes in colliding clusters: Implications for lower-frequency gravitational-wave astronomy
观测表明，星团通常形成双星或更大的结合群。因此，两个集群之间的合并很可能发生。如果这两个星系团的中心都有一个中等质量的黑洞（IMBH; 10 ^{2 - 4} Msun），那么当黑洞彼此合并时，它们就可以成为一个强大的引力波源。为了理解在这种情况下运行的动力学过程，人们必须研究两个这样年轻的大质量星团合并的演化，更具体地说，是它们各自的IMBH。我们采用直接求和Nbody4数值工具专用GRAPE 6硬件模拟合并的两个星团每个包含63,000个粒子和中央IMBH。这使我们能够准确地研究碰撞星系团和嵌入的大质量黑洞的轨道演化。在约700万年内，星团已经合并，IMBH构成了一个硬二进制。最终的合并发生在~10^8年。我们的分析意味着，作为年轻致密星系团合并的结果，中等质量黑洞合并可以为激光干涉仪空间天线（LISA）天基引力波探测器任务提供一个源。我们发现，与恒星的相互作用增加的IMBH二进制的偏心率约为0.8。虽然双星后来通过发射引力波而循环，但如果观测到最后几年的螺旋，则可以通过其对波相位的影响来检测剩余的偏心率。
2006-10-16 astro-ph gr-qc
Binary black hole coalescence in the extreme-mass-ratio limit: testing and improving the effective-one-body multipolar waveform
讨论了质量为$μ$和$M$的非自旋黑洞双星在极端质量比极限$μ/M=ν\ll 1$下发射的有效单体多极引力波的性质。我们把重点放在从准圆螺旋的过渡暴跌，合并和ringdown.We比较EOB波形的Regge-Wheeler-Zerilli（RWZ）波形计算使用双曲面层的方法，并提取在零无穷大。因为EOB波形在分析上跟踪早期螺旋中的大多数相位差，所以我们不允许波形之间的任何任意时间或相移。粒子的动力学，共同的波产生形式主义，是由领先的顺序${\cal O}(ν)$解析-图解辐射反应。EOB和RWZ波形具有约$5\times 10^{-4}$ rad的初始失相，然后在长螺旋（$\sim 33$轨道）期间保持非常精确的相位相干性，直到最后的稳定轨道，即$Δϕ/ϕ\sim -5.95\times 10^{-6}$，仅积累约$-2\times 10^{-3}$ rad。我们获得这样的准确性，而无需校准的分析图解的EOB波形的数值数据，这表明倾向的EOB波形的ISA为导向的研究。然后，我们通过在引力波振幅和相位中引入和调整准圆修正来改善合并前后EOB波形的行为。对于每个多极子，我们调整只有四个下一个准圆形参数，要求EOB和RWZ波形之间的兼容性在光环。合并时间前后的相位差小至$\pm 0.015$ rad，分数振幅一致率为2.5%。这表明，旁边的准圆形修正的相位可以是一个有用的成分EOB和数值…
2011-03-10 astro-ph.CO gr-qc
Dynamics of marginally trapped surfaces in a binary black hole merger: Growth and approach to equilibrium
数值研究了双黑洞合并中准局域黑洞视界的行为。我们计算了整个合并过程中黑洞视界的视界多极矩、通量等物理量。这些导致了对两个黑洞合并的更好的定性和定量理解;最终的黑洞是如何形成的，最初的增长，然后安定下来成为克尔黑洞。我们计算的速度，最终黑洞接近平衡在一个完全非微扰的情况下，并确定一个时间，在该时间的线性振铃阶段开始。最后，我们提供了额外的支持，在地平线上的领域相关的领域在波区通过比较在地平线上的下降引力波通量的传出通量估计从引力波形的猜想。
2018-03-23 gr-qc
Gravitational wave inference of star cluster properties from intermediate-mass black hole mergers
本文研究利用下一代引力波探测器观测到的中等质量黑洞并合事件，推断其宿主星团性质（质量、红移、半质量半径）的可行性，发现因模型简并而具有挑战性，但可通过群体测量推断星团形成历史。
2025-03-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Multivariate Classification with Random Forests for Gravitational Wave Searches of Black Hole Binary Coalescence
对总质量为$\gtrsim25\,$ M $_\odot$的合并黑洞双星产生的引力波进行了匹配滤波。引力波探测器数据中的非高斯噪声爆发可以模拟短信号，并限制这些搜索的灵敏度。以前的搜索依赖于经验设计的统计数据，包括信噪比和基于信号的否决，以将引力波候选者与噪声候选者分开。我们报告使用来自监督机器学习算法的多变量候选人排名统计实现的灵敏度改进。我们应用随机森林的袋装决策树技术，在高质量的$\left( \gtrsim25\,\mathrm{M}_\odot \right)$参数空间中进行两次单独的搜索。对于一个搜索是敏感的引力波从螺旋，合并，和振铃（IMR）的二进制黑洞与$25\,$ M $_\odot$和$100\,$ M $_\odot$之间的总质量，我们发现灵敏的体积改善高达$70_{\pm 13}-109_{\pm 11}$ \%相比，以前使用的排名统计。对于振铃只搜索，这是敏感的引力波从所产生的扰动中间质量黑洞与质量大致之间的$10\,$ M $_\odot$和$600\,$ M $_\odot$，我们发现灵敏的体积改善高达$61_{\pm 4}-241_{\pm 12}$ \%相比，以前使用的排名统计。我们还报告了如何灵敏度的改善可以根据质量制度，质量比，和可用的数据质量信息而有所不同。最后，我们描述了用于调整和训练的随机森林分类器，可以推广到它的使用在其他搜索引力波的技…
2014-12-19 gr-qc
Numerical-relativity validation of effective-one-body waveforms in the intermediate-mass-ratio regime
在发展用于引力波天文学的双黑洞波形中，一个悬而未决的问题是建立中等质量比区域的模型，并将其与极端质量比区域联系起来。一个自然的方法是采用有效的一个身体（EOB）的方法来两体动力学，通过设计，可以覆盖整个质量比范围，并自然纳入极端的质量比限制。在这里，我们使用最近获得的数值相对论（NR）的数据与质量比$m_1/m_2=(7,15,\,32,\,64,\,128)$测试的准确性，最先进的EOB模型TEOBResumS在中间质量比制度。我们通常发现一个很好的EOB/NR的一致性合并和振铃周围的所有质量比和所有可用的次优势多极，除了$\ell=m=5$之一。利用本文新的大质量比NR数据可以对该模式进行关键性的改进。EOB/NR吸气也与估计的NR不确定性一致。我们还使用了不同的公共目录采取的几个NR数据集，以探测合并时波形幅度的多极层次结构的普遍行为，该多极层次结构将等质量BBH平滑地连接到测试质量结果。有趣的是，如果NR波形中包括非振荡记忆贡献，则普遍行为得到加强。未来NR模拟精度提高将是必要的，进一步探测，并可能定量细化，TEOBResumS过渡后期inspiral暴跌在中间质量比制度。
2022-02-11 gr-qc
Quantum point particle approximation of spinning black holes and compact stars
针对致密双星合并的引力波观测站，如LIGO和VIRGO，需要各种理论输入来进行有效检测。其中一个输入是在充分分离的轨道尺度上对双星动力学的分析描述，通常称为后牛顿动力学。确定这种两体有效哈密顿量的一种方法是使用量子散射振幅。本学位论文的目的是在量子散射振幅中提高对自旋体经典物理的理解，并将其应用于有效两体哈密顿量问题。主要的重点将是自旋诱导的高阶多极矩。本文给出了一阶后闵可夫斯基（牛顿常数$G$和相对动量$p^2$的所有阶线性）哈密顿量的结果，该哈密顿量适用于任意紧密自旋体的所有阶自旋。其次，基于一个等效圈阶量子场论的计算，讨论了该公式推广到二阶后闵可夫斯基阶的障碍和前景。本论文是在文献[1-4]的基础上完成的。
2020-07-24 gr-qc hep-th
A new type of quantum speed meter interferometer: measuring speed to search for intermediate mass black holes
LIGO最近发现的引力波（GW）令人印象深刻地启动了引力天文学的新领域，它使我们能够瞥见迄今为止只能推测的令人兴奋的物体。在未来GW观测站的检测频带的低频端的进一步灵敏度改进依赖于量子非破坏（QND）方法来抑制用于读出GW信号的光场的基本量子波动。在这里，我们发明了一个新的概念，如何把一个传统的迈克耳孙干涉仪的QND测速干涉仪相干抑制量子反作用噪声，通过使用两个正交偏振的光和一个光环行器耦合他们。我们进行了详细的分析，如何实现的灵敏度的不完善和光学损耗的影响，发现这里提出的配置将显着提高低频灵敏度，并增加可观察的事件率的二元黑洞合并的范围内的$10^2-10^3 M_\odot$的一个因素高达$\sim300$。
2017-03-22 gr-qc quant-ph
Gravitational waves from eccentric intermediate-mass black hole binaries
如果双星中等质量黑洞（IMBH;质量在100和$10^4 \Msun$之间）形成于密集的星团中，它们的内旋将可以用计划中的激光干涉仪空间天线（LISA）探测到几个Gpc。在这里，我们提出了一个这样的二进制的动力学演化的研究，使用直接的$N$体技术（当二进制是很好地分离）和三体相对论散射实验（当二进制是足够紧，与恒星的相互作用发生一次）的组合。我们发现，对于合理的IMBH质量只有一个温和的影响，周围的集群的结构，即使二进制结合能可以超过集群的结合能。我们证明，与标准的假设相反，在LISA带的偏心率可以在{ \em一些}情况下，大到$\sim 0.2 - 0.3$，它会导致一个可测量的相位差，从圆双星在合并前的最后一年。我们还表明，即使从二进制输入的能量降低了核心的密度，减缓了相互作用，合并的总时间是足够短的（通常不到一亿年），这种合并将是独特的快照集群恒星形成。
2009-01-06 astro-ph.GA astro-ph.SR gr-qc
Overtones, mirror modes, and mode-mixing in binary black hole mergers
在黑洞双星合并后发出的引力波具有称为准正规模（QNM）的特征复频率。这些可以用来测试合并残余物的性质，例如测试黑洞的“无毛”定理。QNM的相对激发幅度包含关于祖系统的信息，并且可以用于测试合并前和合并后信号之间的一致性。从数值相对论（NR）模拟的二元黑洞的合并后的信号表现出丰富的结构，必须理解，以充分利用其中包含的信息。在这项研究中，我们研究的重要性，\emph{overtones}和\emph{mirror}模式的一组质量比的非自旋黑洞二进制和主机的多极模式对应的球谐指数$l\leq4$和$m\leq3.$我们发现，第一泛音是最重要的主导模式为一个给定的$m$和次主导模式减少。的基本镜模式的贡献是最显着的$m=1$，并增加与质量比，虽然模型系统没有显着影响镜模式。模式混合是给定$m$的子前导模式的主要影响，并且对前导模式的影响最小。
2021-08-06 gr-qc
Detecting the early inspiral of a gravitational-wave signal with convolutional neural networks
介绍了一种新的引力波预警系统的运行方法。它基于短卷积神经网络。我们专注于紧凑的二元合并，轻，中，重的二元中子星系统。这些信号是一维时间序列$-$，即注入高斯噪声中的白化时间应变$-$，该高斯噪声是从LIGO探测器的功率谱密度以设计灵敏度构建的。我们构建了短的一维卷积神经网络，通过在早期螺旋的一部分上训练它们来检测这些类型的事件。我们表明，这样的网络能够从波形的一小部分中检索这些信号。
2021-05-28 gr-qc
Post-Minkowskian expansion of the Prompt Response in a Schwarzschild background
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；CENTRA, Departamento de Fisica, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高等技术学院物理系CENTRA）
研究通过后Minkowski近似证明Schwarzschild黑洞的提示响应由ω=0极点残差给出，并提供多项式表达式及修正方法，为二进制黑洞信号建模奠定基础。
2026-01-16 gr-qc
Gravitational wave observations of galactic intermediate-mass black hole binaries with DECIGO Path Finder
DECIGO路径探测器（DPF）是星载引力波（GW）探测器，灵敏度在0.1- 100 Hz。作为DECIGO的第一步任务，它的目标是在2016- 2017年发射。虽然其主要目标是演示在空间观测GW的技术，但DPF仍然有机会探测GW信号并进行天体物理观测。其观测范围可达50千秒差距，主要目标是银河系中等质量黑洞（IMBH）双星的GW信号。通过使用inspiral-merge-ringdown唯象波形，我们进行了模式平均分析和蒙特卡罗模拟，包括探测器运动的影响，发现可以确定的质量和（有效）自旋的IMBHs的误差为百分之几，如果信号被检测到。由于来自质量超过$10^4 M_\odot$的IMBH双星的GW信号不能被地面探测器探测到，这些物体可能是DPF的独特来源。如果用DPF探测到一个$10^3M_\odot$ IMBH双星的内旋信号，它可以在聚并前向地面探测器$10^2$ - $10^3$ s发出振铃信号。我们还估计了引力子康普顿波长的可能的约束从一个可能的IMBH二进制的$ω$半人马座。我们得到了一个比太阳系实验稍弱的约束和一个比脉冲双星实验强2个数量级的约束。不幸的是，IMBH二进制文件的检测率相当小。
2012-03-03 astro-ph.CO 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
Astrodynamical middle-frequency interferometric gravitational wave observatory AMIGO: Mission concept and orbit design
AMIGO是第一代天体动力学中频干涉GW天文台。AMIGO的科学目标是：弥合第一代高频和低频GW灵敏度之间的光谱差距;探测中等质量BH合并;探测螺旋相位并为地面干涉仪预测双黑洞合并和中子星合并的时间;探测紧凑的双螺旋，以研究恒星演化和星系群。飞行任务的概念是对三个无阻力航天器组成的近三角形编队使用时间延迟干涉测量法，这些航天器的标称臂长为10，000公里，发射激光功率为2-10瓦，望远镜直径为300-500毫米。日心轨道和地心轨道都在研究之中。所有的选择都有类似于LISA的编队，即三角形编队与轨道平面倾斜60度。对于AMIGO，第一代时间延迟干涉术对于激光频率噪声的抑制是足够好的。我们还调查研究中的轨道的每个选项，是否恒定的等臂实现是可行的。对于太阳轨道选项，保持编队的加速度可以设计为小于15 nm/s2，推力器要求在15 μN范围内。非政府组织之友将是实施长期平等手段的一个好地方。简要考虑了燃料要求、推力器噪声要求和试验质量加速度激励要求。从轨道研究来看，太阳轨道方案是首要的任务轨道选择。我们研究这个轨道选项的部署。在95天内从300公里的低地球轨道发射到适当的2度地后AMIGO编队的最后一级发射只需要75米/秒的δv。
2019-09-11 astro-ph.IM gr-qc
Dirac Fermions in Non-trivial Topology Black Hole Backgrounds
本文讨论了一般球对称黑洞背景中狄拉克费米子的行为，该背景具有非平凡的事件视界拓扑。有质量和无质量的情况都考虑在内。本文将分析研究在一个具有全局双粒子和被宇宙弦穿透的黑洞的黑洞背景下，大质量狄拉克头发的中晚期行为。结果表明，在静态黑洞吞噬全局粒子的情况下，中间晚期行为依赖于狄拉克场的质量、波模的倍数和全局粒子参数。后期行为与这些因素完全无关，并且具有与$t^{-5/6}$成比例的衰减率。就被宇宙弦穿透的黑洞而言，中间的晚期行为只依赖于头发质量和波模的多极数，而晚期行为的依赖性与前一种情况相同。主要的修改源于被宇宙弦穿透的$S^2$球的拓扑结构。这个因子修改了作用在横流形上的狄拉克算子的本征值。
2010-04-29 gr-qc hep-th
Rates and Characteristics of Intermediate Mass Ratio Inspirals Detectable by Advanced LIGO
从中子星（NS）或恒星质量黑洞（BH）的螺旋进入质量在~50和~350太阳质量之间的中等质量黑洞（IMBH）的引力波（GW）可能被计划中的先进一代地面GW干涉仪探测到。这样的中等质量比的螺旋（IMRI）最有可能在球状星团中发现。我们分析了四种可能的IMRI形成机制：（1）通过三体相互作用使NS-IMBH或BH-IMBH双星硬化，（2）通过等级三元系中的Kozai共振硬化，（3）直接捕获，（4）从潮汐捕获的主序星中螺旋出致密物体;我们还讨论了当螺旋物体是NS时的潮汐效应。对于每种机制，我们预测的典型偏心率所产生的IMRI。我们发现，IMRI将在很大程度上圆形的时候，他们进入地面探测器的灵敏度带。通过三体相互作用使双星硬化，这可能是IMRI形成的主要机制，当GW频率达到10 Hz时，产生的偏心率低于10^-4。即使在通过直接捕获形成的IMRI中，其可以具有最高的偏心率，大约90%将在GW频率达到10 Hz之前循环到0.1以下的偏心率。我们估计IMRI合并率在球状星团和三个先进的LIGO探测器网络的灵敏度所产生的GWs。我们表明，这个检测器网络可能会看到高达几十个IMRI每年，虽然每年一到几个率可能更合理。我们还估计了使用圆形IMRI模板进行数据分析将导致的信噪比损失，并发现对于我们预期的偏心率，这种损失可以忽略不计。
2008-05-13 astro-ph gr-qc
Overtones of black holes via time-domain integration
本研究发现渐近de Sitter黑洞可通过时域积分法在最低多极扰动下计算前若干高次泛音，效率远高于渐近平坦黑洞，原因是前者无幂律拖尾，拟正规模在全阶段主导信号。
2024-04-27 gr-qc math-ph math.MP
Impact of Bayesian Priors on the Inferred Masses of Quasi-Circular Intermediate-Mass Black Hole Binaries
本研究利用 Parallel Bilby 库通过模拟评估贝叶斯质量先验对中等质量黑洞双星参数估计的影响，发现先验选择显著影响总质量、质量比和光度距离的后验分布，建议在信号合并前信息不足时采用平坦先验以避免偏差。
2024-06-01 astro-ph.IM gr-qc
Dilatonic Imprints on Exact Gravitational Wave Signatures
利用模空间近似，我们解析地计算了两个极端带电双黑洞并合时的引力波特征。我们探测了声子耦合常数$a$的几个值，发现与arXiv：1704.08520中研究的爱因斯坦-麦克斯韦（$a=0$）对应物有显著的偏离。对于（低能量）弦论黑洞$(a=1)$没有合并轨道，只观察到记忆效应，而对于耦合$(a=1/\sqrt{3})$的中间值，晚期合并签名变得指数抑制，相比之下，在没有一个子的情况下，$a=0$的多项式衰减。这样的印记原则上是可观测的，并且可以揭示黑洞合并中标量场的存在（例如弦论所预言的）。
2018-05-21 gr-qc hep-th
