Binary Pulsar constraints on massless scalar-tensor theories using Bayesian statistics
双星系统提供了一些目前最严格的约束，对修改后的引力理论，这些约束只会越来越严格，因为射电天文学家继续计时这些系统。这些二元标量场特别擅长约束标量-张量理论，在这种理论中，除了度量张量之外，引力还受到标量场的调节。标量-张量理论可以预测与广义相对论的大偏差，因为它们允许通过称为标量化的现象违反强等价原理。这种效应直接出现在双星的计时模型中，因此，它可以通过精确的计时来严格限制。在本文中，我们调查这些限制的两个标量张量理论和一个大的现实状态方程组。我们计算的约束，可以放置饱和当前的$1σ$边界上的单个后开普勒参数，以及采用贝叶斯方法，通过马尔可夫链-蒙特卡罗模拟探索的约束，可以同时考虑所有测量参数时实现。我们的研究结果表明，这两种方法都能够放置类似的约束，它们都确实是由轨道周期衰减的测量占主导地位。贝叶斯方法，但是，允许一个同时探索的后验分布不仅是理论参数，但质量。
2019-01-03 gr-qc
Model-Independent Comparisons of Pulsar Timings to Scalar-Tensor Gravity
脉冲星计时的观测为引力的标量-张量理论提供了强有力的约束，但这些约束传统上被引用为微观参数的限制（例如，Brans-Dicke耦合），这些微观参数在特定模型中决定了粒子水平上标量-物质耦合的强度。在这里，我们提出了适合的时间数据的几个恒星直接在现象学的耦合（质量，标量电荷，转动惯量灵敏度等）的恒星参与，而不是一个特定的模型的更微观的参数。例如，对于双脉冲星PSR J 0737 - 3039 A/B，我们发现在68%的置信水平下，质量的边界为1.28 < m_A/m_sun < 1.34和1.19 < m_B/m_sun < 1.25，而标量荷质比满足|a_A| < 0.21，|a_B| < 0.21，|a_B - a_A| < 0.002$。这些约束条件与所涉及的标量张量模型的细节和恒星状态方程的假设无关。我们的配合可以用来约束一个广泛的类标量张量理论计算的拟合量作为在任何特定的模型中的微观参数的函数。对于Brans-Dicke模型和准Brans-Dicke模型，以这种方式获得的约束与文献中引用的约束是一致的。
2012-04-25 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
Pulse profiles from a pulsar in scalar-tensor gravity
在极帽模型的基础上，假设中子星上存在对跖热点，研究了几种恒星模型下标量张量引力理论中中子星的脉冲轮廓。然后，我们发现标量张量引力中的标量化中子星的脉冲轮廓与广义相对论中的脉冲轮廓几乎相同，即，没有标量场，如果两颗恒星的恒星紧密度非常相似。也就是说，标量场的存在并不直接改变来自中子星的脉冲轮廓，而即使在标量张量引力下，恒星的致密性对确定脉冲形状也至关重要。此外，我们还发现标量化中子星的脉冲波形与广义相对论中相同质量的中子星的脉冲波形相似，而脉冲波形中最小振幅与最大振幅的比值强烈地依赖于标量-张量引力中的耦合常数，这取决于旋转轴和磁轴之间的角度以及旋转轴和朝向观察者的方向之间的角度。因此，直接观测脉冲轮廓加上对恒星质量的额外观测，可以提取强场区引力理论的印记。
2017-10-29 astro-ph.HE gr-qc
A new pulsar timing model for scalar-tensor gravity with applications to PSR J2222-0137 and pulsar-black hole binaries
上下文标量-张量引力（STG）理论是广义相对论（GR）的有力替代。其中一类STG理论，Damour-Esposito-Farese（DEF）引力，具有一个无质量的标量场，具有两个任意耦合参数。我们之所以对这个理论感兴趣，是因为尽管它很简单，但它预言了大量不同的现象，如偶极引力波发射和中子星（NS）的自发标量化。DEF引力的这些现象可以通过计时射电双星来检验。目的。我们的目标是开发一个新的二进制脉冲星定时模型DDSTG，使更精确的测试STG理论的基础上的一组最小的二进制参数。在DEF重力后开普勒（PK）参数的表达式自洽地纳入模型。新技术自然地考虑了PK参数之间所有可能的相关性。方法.在DEF引力的框架下，计算了NS的11个状态方程的物理参数网格。自动微分（AutoDiff）技术，这有助于在计算的重力形状因子的NS具有更高的精度比以前的作品。脉冲星计时程序TEMPO被选为实现DDSTG模型的框架。所实现的模型适用于任何类型的脉冲星同伴。结果我们将DDSTG模型应用于最近发表的PSR J2222-0137的观测数据。该系统的DEF重力参数所获得的限制，确认和改进以前的结果。新的极限也是最可靠的，因为DEF重力直接拟合数据。我们认为，未来的观测PSR J2222-0137可以显着提高的限制，PSR-BH系统有可能把最严格的限制在DEF重力参数空间的某些领域。
2023-03-07 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Constraints on a scalar-tensor theory with an intermediate-range force by binary pulsars
寻找中程力一直是引力实验中的重要课题。本文针对具有中程力的标量-张量理论，首先在没有特定状态方程和$N$点质量的情况下，导出了一般物质在第一后牛顿近似下的度规和运动方程。在此基础上，给出了调和坐标系下双星的久期近星点岁差$\dotω$。随后，利用四颗脉冲双星数据（PSR B 1913 +16、PSR B 1534 +12、PSR J 0737 -3039和PSR B 2127 + 11 C）的$\dotω$来约束中程力，即参数$α$和$λ$。$α$和$λ$分别代表中程力耦合的强度和长度尺度。来自四个二进制数据的极限分别是$λ=(4.95\pm0.02)\times10^{8}$ m和$α=(2.30\pm0.01)\times10^{-8}$，如果$β=1$，其中$β$是类似标准参数化后牛顿参数$β_{PPN}$的参数。当考虑1个$σ$置信水平下的三个自由度（$α$、$λ$和$\barβ\equivβ-1$）时，将产生$α=(4.21\pm0.01)\times10^{-4}$、$λ=(4.51\pm0.01)\times10^{7}$ m和$\barβ=(-3.30\pm0.01)\times10^{-3}$。通过对中程力标量张量理论的研究，发现参数$α$与参数$γ$（$α=(1-γ)/(1+γ)$）直接相关.因此，这表示了二进制数对$1-γ$的约束，其对于三个自由度约为$10^…
2011-09-02 gr-qc
New Constraints on Preferred Frame Effects from Binary Pulsars
首选框架效应（PFE）是由一些替代的重力理论，其中包括矢量或额外的张量场，除了正则度规张量预测。在参数化后牛顿（PPN）理论框架下，我们研究了双星轨道动力学中的PFE，用两个强场PPN参数α_1和α_2来表征。在小的轨道偏心率的限制下，α_1和α_2贡献解耦。利用最近的射电计时结果和对J1012+5307和J1738+0333的光学观测，我们得到了α_1和α_2在强场区的最佳极限。对α_1的约束也优于弱场区的约束。
2012-09-24 astro-ph.HE gr-qc
New pulsar limit on local Lorentz invariance violation of gravity in the standard-model extension
在最小标准模型扩展的纯引力部分，真空凝聚张量场的九个洛伦兹破坏系数描述了与广义相对论的主要可观测偏差，其中八个已经受到月球激光测距、原子干涉测量和激光雷达的精确实验的严重限制。然而，张量场的时间-时间分量$\bar s^{\rm TT}$并没有进入这些实验，只是最近才被重力探测器B所限制。本文提出了一种新的思路，即利用不同坐标系之间的Lorentz boost来混合张量场的不同分量，从而从二进制标量中得到严格的$\bar s^{\rm TT}$极限.为了得到新的$\bar s^{\rm TT}$鲁棒极限，我们用最先进的白矮星光谱学和脉冲星射电计时观测进行了各种测试。以各向同性宇宙微波背景辐射为优选标架，得到了$|\bar s^{\rm TT}| < 1.6 \times 10^{-5}$（95 CL），在不假设优选标架存在的情况下，得到了$|\bar s^{\rm TT}| < 2.8 \times 10^{-4}$（95 CL）.这两个极限分别比目前的最佳极限好约500倍和30倍。
2014-12-10 astro-ph.SR gr-qc hep-ph
PSR J1141-6545: a powerful laboratory of GR and tensor-scalar theories of gravity
密近双星系统中的脉冲星提供了一些迄今为止最严格的强场引力测试。脉冲星-白矮星双星系统J1141-6545由于其引力不对称性而特别令人感兴趣，这使其成为引力张量-标量理论最强大的探测器之一。我们给出了一个概述目前的重力测试提供的J1141-6545二元系统和评论如何异常加速度，大地岁差和定时不稳定性可能会被阻止限制未来的重力测试来自这个系统。
2012-09-30 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Pulsar Timing Sensitivities to Gravitational Waves from Relativistic Metric Theories of Gravity
脉冲星计时实验旨在探测引力辐射已经进行了几十年。随着能够跟踪多个毫秒级恒星的大型阵列的即将建造，我们很可能能够在纳赫兹波段首次探测到引力辐射，并通过测量探测到的信号的偏振分量来检验爱因斯坦的相对论。由于最广义的相对论度规引力理论预测的引力波考虑了{ \it six}个偏振模式（通常的两个爱因斯坦张量偏振以及两个矢量和两个标量波分量），我们估计了单天线对这六个偏振的灵敏度。我们发现脉冲星计时实验是显着更敏感，在他们的整个观测频带（$\approx 10^{-9} - 10^{-6}$ Hz），标量纵向和矢量波比标量横向和张量波。例如，在$10^{-7}$ Hz和距离为$1$ kpc的标量星上，我们估计对标量纵波的平均灵敏度比对张量波的灵敏度好两个数量级以上。我们的结果意味着，通过脉冲星计时直接探测引力辐射将导致对广义相对论的检验，这比基于监测双星系统轨道周期衰减的检验更为严格。
2011-02-23 gr-qc
Scalar Charges and Scaling Relations in Massless Scalar-Tensor Theories
双星的出现时间允许我们对修正的引力理论施加一些最严格的限制。也许对广义相对论的一些最有趣和最有动机的扩展是标量张量理论，其中引力是由度量张量和标量场介导的。这些理论预测，在中子星存在的情况下，通过一种称为标量化的现象，会出现与广义相对论的大偏差。标量-张量理论中的中子星产生标量电荷，直接进入双星的计时模型。在本文中，我们计算和制表这些标量电荷在两个流行的，无质量的标量张量理论的中子星状态方程的集合，是兼容的约束放置的最近，引力波观测的二进制中子星合并。然后，我们研究这些标量电荷和探索分析标度关系，使我们能够预测它们的值在一个大区域的参数空间。我们的结果允许标量电荷的标量张量理论参数空间的大区域中的快速评估，这对于标量张量理论的引力波测试，以及双脉冲星实验的应用。
2019-01-03 gr-qc
Gravitational-wave versus binary-pulsar tests of strong-field gravity
包含至少一颗中子星的双星系统包含强引力场区域，因此提供了强引力场的试验场。有两种类型的数据可以用来测试致密双星的引力定律：脉冲双星观测，或即将到来的螺旋双星引力波观测。我们比较了这两种类型的观测的探测能力在一个通用的双参数家庭的张量标量引力理论。我们的分析通过使用核物质（而不是多面体）的实际状态方程的样本，概括了（我们）以前关于双星脉冲星测试的工作，并超越了以前的研究（由C.M.将）的引力波测试，考虑更一般的张量标量理论比一个参数的乔丹-菲尔茨-布兰斯-迪克之一。本文还讨论了张量-标量引力中的尺度效应。
1998-06-04 astro-ph gr-qc
Closing a spontaneous-scalarization window with binary pulsars
得益于脉冲星计时技术的无与伦比的精度，双星是引力理论的重要试验平台，为引力理论的替代理论提供了一些最严格的界限。标量-张量引力理论是另一类有着良好动机的引力理论，它通过一种被称为自发标量化的非微扰现象预言了中子星与广义相对论的大偏差。这种效应无法在太阳系中测试，现在可以使用一组7个双星的最新结果来严格限制（PSR J0348+0432、J0737 $-$ 3039 A、J1012+5307、J1738+0333、J1909 $-$ 3744、J1913+1102和J2222 $-$ 0137），特别是PSR J 0737 $-$ 3039 A、J1913+1102和J2222 $-$ 0137的更新参数。使用新的定时结果，我们约束中子星的有效标量耦合，这说明如何强烈的中子星耦合到标量场，在贝叶斯分析的$\left|α_{\rm A}\right| \lesssim 6 \times 10^{-3}$的水平。我们的分析是彻底的，在这个意义上，我们的结果适用于所有的中子星质量和所有合理的状态方程的致密物质，在完整的相关参数空间。它排除了中子星自发标量化的可能性，至少在一类标量张量引力理论中是这样。
2022-05-02 astro-ph.HE gr-qc
Review on tests of General Relativity And Modified Gravity Using Pulsar Timing
在这篇评论中，我们的目的是描述最严格的测试强等效原理，广义相对论的基本原则，使用脉冲星计时。为此，我们首先构造了参数化后牛顿和后开普勒形式及其参数。然后，我们约束后牛顿参数相关联的违反强等效原理与最严格的测试，使用脉冲星计时技术。我们将特别看到，这些界限是对违反原则的最严格的限制。最后，我们将讨论这些结果对标量张量理论以及大质量引力的影响。我们会发现，可能的标量-张量理论集可以被严格缩减，然而在大质量引力的情况下，精确度不足以探测引力子的预测质量。
2019-06-07 gr-qc
Towards Robust Gravitational Wave Detection with Pulsar Timing Arrays
高稳定度的毫秒星精密计时是探测甚低频引力波源的一项很有前途的技术。在任何单个脉冲星中，随机引力波信号都是可以被噪声模型吸收的定时噪声的额外来源，因此只有通过考虑跨脉冲星网络的相干响应，才能将信号与其他噪声源区分开来。在天空中有许多引力波源或阵列中有许多脉冲星的情况下，信号产生唯一的张量相关模式，该模式仅取决于每个脉冲星对之间的角间距。正是这种独特的指纹被用来使用脉冲星计时阵列搜索引力波。在这里，我们考虑如何减少检测的前景时，定时阵列或引力波信号的统计各向同性被打破有有限数量的天线和有限数量的源。我们发现标准张量相关分析是非常强大的，与各向同性限制相比，对可检测性有轻微的影响。只有当只有很少的来源和很少的分析者时，标准分析才开始失败。在确定了张量相关性是检测的鲁棒签名之后，我们研究了使用“天空扰乱”来打破相关性，作为增加检测置信度的一种方式。这种方法类似于在分析来自地面干涉测量探测器的数据时使用“时间幻灯片”。
2015-12-21 astro-ph.IM gr-qc
Nontensorial gravitational wave polarizations from the tensorial degrees of freedom: I. Linearized Lorentz-violating theory of gravity with s tensor
本研究在含s张量的线性化洛伦兹破缺引力理论中，证明张量自由度可直接激发非张量引力波极化，推导了该理论中引力波的传播、激发及探测特征，提出可通过多类观测约束该模型。
2024-04-11 gr-qc hep-ph
Tests of Classical Gravity with Radio Pulsars
本文回顾脉冲星观测与计时基础，介绍利用多颗脉冲星开展的广义相对论强场检验，阐述中子星结构对检验的影响，说明脉冲星计时在约束修正引力理论中的作用，并展望相关新望远镜与多手段协同前景。
2023-12-17 astro-ph.HE gr-qc
Implications for the non-Gaussianity of primordial gravitational waves from pulsar timing arrays
针对近期脉冲星计时阵列（PTA）探测到的随机信号可能源于原初引力波（PGWs），研究利用PTA数据集约束局部型张量非高斯性参数${F}_{\rm NL}$，发现$|{F}_{\rm NL}|\lesssim 7.97$，为检验暴胀场景提供新手段。
2025-04-16 astro-ph.CO gr-qc
Scalar charges and pulsar-timing observables in the presence of nonminimally coupled scalar fields
脉冲星计时已经成为一个著名的工具，用于探测在中子星的强场环境中对广义相对论的修正。在这里，我们调查是否标量张量理论，包括一个nonminimumly耦合标量自由度可能通过脉冲星定时测试，通过计算标量电荷进入这样的可观的。特别是，我们表明，为正值的非最小耦合$ξ$，脉冲星定时约束可能会逃避，即使在存在自发标量化。
2019-06-18 gr-qc
Mapping gravitational-wave backgrounds in modified theories of gravity using pulsar timing arrays
我们扩展了我们以前的工作应用CMB技术的引力波背景的映射，具有非GR偏振的背景。我们的分析和结果是在脉冲星定时阵列观测的背景下提出的，但是总体方法是通用的，并且可以很容易地应用于LIGO或eLISA观测，使用适当修改的响应函数。解析表达式的脉冲星定时响应引力波与非GR偏振的背景，允许信号被映射到整个天空中的任何所需的分辨率的自旋加权球谐分解的每一个模式。我们还推导出各种非GR偏振的脉冲星定时重叠减少函数，找到标量横向（“呼吸”）和矢量纵向偏振的各向异性背景的解析形式，和标量纵向背景的半解析形式。我们的研究结果表明，脉冲星定时观测将是完全不敏感的标量横模各向异性的极化振幅超越偶极，和各向异性的功率超越四极。类似于我们以前的研究结果，脉冲星定时观测缺乏横向无痕张量背景的张量旋度模式的敏感性，我们也发现矢量纵向背景的矢量旋度模式不敏感。
2015-06-29 gr-qc
Stochastic gravitational wave background phenomenology in a pulsar timing array
脉冲星计时为检验广义相对论和其他引力理论提供了一个独立的途径。这就需要理解，除了熟悉的横向张量外，度规偏振如何作为随机引力波背景，并与来自一对毫秒双星的无线电脉冲的到达时间相关。在这项工作中，我们专注于一个各向同性的随机引力波背景，并提出了一个简单的，自包含的形式主义获得的功率谱和重叠减少功能，相关的物理观测脉冲星定时阵列，通用的重力自由度具有横向和纵向模式的光锥。我们还强调我们的考虑有限的脉冲星的距离，我们发现重要的两个方面：第一，使所有的模式定义良好，第二，保持小规模的功率，是包含在天空中的subdegree分离的脉冲星。我们讨论了张量，矢量和标量极化，每一个专注于角功率谱和重叠减少功能的各向同性随机引力波背景。我们的研究结果铺平了道路，一个有效的数值方法来检查的引力波引起的脉冲星定时阵列中的毫秒脉冲星之间的空间相关性。
2023-01-11 astro-ph.CO gr-qc
Imprints of relic gravitational waves on pulsar timing
残余引力波（RGW）是暴胀期间产生的背景波，它会在脉冲星计时残差上留下印记。这使得RGW成为脉冲星计时探测的重要光源之一。本文讨论了激光高斯波对单颗脉冲星计时的影响，定量给出了不同模型参数下激光高斯波对单颗脉冲星计时的影响。原则上，如果现在的引力波足够强，在了解脉冲星计时残差中的固有红噪声之后，可以通过高精度计时单个毫秒脉冲星来检测它们，尽管同时观测多个毫秒脉冲星是提取引力波信号的更强大技术。我们使用宇宙微波背景（CMB）的观测值对RGW的归一化进行了修正，这导致RGW的振幅与我们以前的工作相比降低了两个数量级左右。我们利用Parkes脉冲星定时阵的最新观测数据对RGW进行了新的约束，并采用BICEP 2对CMB的张量型偏振观测所得到的张量标量比$r=0.2$作为参考值，尽管它已被否定。此外，还讨论了CMB和BBN（大爆炸核合成）对RGW的限制。
2015-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Slowly Rotating Anisotropic Neutron Stars in General Relativity and Scalar-Tensor Theory
一些模型（如Skyrme模型，QCD的低能有效场论）认为中子星内部的高密度物质可能是显著的各向异性。在广义相对论中，各向异性会影响非旋转中子星的整体性质。本文在广义相对论中研究了慢转恒星的各向异性效应。我们还考虑了爱因斯坦理论最流行的扩展之一，即标量张量理论允许自发标量化（类似于铁磁材料中的自发磁化的相变）。在这两种理论中，各向异性都会影响中子星的转动惯量（一个可能在脉冲双星系统中测量到的量）。我们发现，标量化的影响增加（减少）时，切向压力大于（小于）比径向压力，我们提出了一个简单的标准来确定标量场方程线性化的开始。我们的计算表明，双脉冲星观测可能会限制各向异性的程度，甚至更乐观地说，提供中子星核心各向异性的证据。
2015-06-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Constraints of relic gravitational waves by Pulsar Timing Array: Forecasts for the FAST and SKA projects
脉冲星计时残差的测量为探测频率为$f\sim 1/{\rm yr}$的残余引力波提供了一种直接的方法。本文研究了当前和未来脉冲星定时阵对暴胀参数张量标量比$r$和张量谱指数$n_t$的约束。我们发现，中国的500米口径球面射电望远镜（FAST）和计划中的平方公里阵列（SKA）项目具有较强的检验类幻影暴胀模型的能力。如果是$r=0.1$，FAST可以给出对谱指数的约束$n_t<0.56$，SKA给出$n_t<0.32$ .当观测总时间T=20年时，脉冲星噪声级$σ_w=30$ ns和监测到的脉冲星数$n=200$甚至可以约束$n_t<0.07$。这些比从Parkers脉冲星定时阵列（PPTA），欧洲脉冲星定时阵列（EPTA）和北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）的当前结果推断的要紧密得多。特别是通过研究各种观测因素对PTA灵敏度的影响，发现与$σ_w$和$n$相比，$T$的总观测时间对PTA灵敏度的影响最为显著。
2013-05-31 astro-ph.CO gr-qc
Comparing solar-system, binary-pulsar, and gravitational-wave tests of gravity
这个演讲是基于我与Thibault Damour合作的工作。我们比较了不同类别的引力实验的探测能力：太阳系测试（弱场制度），脉冲双星测试（强场制度），和未来的引力波观测的吸气双星（强场效应检测在我们的弱引力场条件）。这是在广义相对论最自然的替代理论类别中完成的，即张量-标量理论，其中引力相互作用由一个张量场（g_munu）和一个或几个标量场（phi）介导。我们的主要结论是，强场实验与弱场实验在性质上是不同的：强场实验限制了太阳系中与广义相对论严格不可区分的理论。我们还表明，二进制脉冲星的数据是如此精确，他们已经排除了标量效应可能已被检测到与LIGO或处女座的理论。这就证明，在广义相对论中计算“啁啾”模板是足够的。
1999-03-15 gr-qc
Single field inflation in the light of Pulsar Timing Array Data: Quintessential interpretation of blue tilted tensor spectrum through Non-Bunch Davies initial condition
本研究提出一种quintessential解释，利用非邦奇-戴维斯初始条件，在规范单场慢滚暴胀框架下，通过新的一致性关系和反莱斯界限，成功解释了脉冲星计时阵列观测到的蓝倾斜张量谱及引力波信号。
2024-02-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The relativistic pulsar-white dwarf binary PSR J1738+0333 II. The most stringent test of scalar-tensor gravity
我们报告了PSR J1738+0333的10年计时活动的结果，PSR J1738+0333是一颗5.85毫秒的脉冲星，位于低偏心率8.5小时轨道上，有一颗低质量的白矮星伴星。自行和视差的测量可以精确地减去观测到的轨道衰减的运动学贡献;这导致了对固有轨道衰减的显著测量：（-25.9 +/- 3.2）\times 10^{-15} s/s。这与广义相对论预测的引力波发射的轨道衰减是一致的，（-27.7 +1.5/-1.9）\times 10^{-15} s/s（.）。这种一致性为偶极引力波发射引入了一个严格的上限，这是对像这样的非对称双星系统的大多数引力理论的预测。我们使用这个限制，以获得最严格的约束有史以来对广泛的一类引力理论，其中重力涉及标量场的贡献。当考虑一般的标量-张量引力理论时，我们的新边界在大多数参数空间上比当前太阳系的最佳极限更严格，并将物质-标量耦合常数α_0 ^2限制在10^{-5}水平以下。对于Jordan-Fierz-Brans-Dicke的特殊情况，我们得到了一σ界α_0 ^2 < 2 \times 10^{-5}，它在Cassini极限的2倍之内.我们还使用偶极引力波发射的限制来约束广泛的一类引力理论，这些理论是基于Bekenstein的张量-矢量-标量引力（TeVeS）的推广，这是修正的牛顿动力学（MOND）的相对论性公式。
2012-05-07 astro-ph.GA gr-qc
Multiple mountains on a pulsar: implications for gravitational waves and the spin-down rate
Institute of Physics, Maria Curie-Sklodowska University（玛丽亚·居里-斯克隆多斯卡大学物理研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院）
本文研究了脉冲星外壳上多个山峰对引力波发射和自转减缓率的影响，基于布兰-迪克引力理论分析了其物理机制和可能的观测意义。
2025-12-17 astro-ph.HE gr-qc
Series expansion of the overlap reduction function for scalar and vector polarizations for gravitational wave search with pulsar timing arrays
在我们以前的工作\cite{PTA2}中，我们计算了张量极化的重叠约化函数，而没有采用短波长近似，这是通过获得一个对所有引力波频率和脉冲星距离都有效的嵌套和的幂级数来完成的。在这项工作中，我们推广的幂级数展开方法的矢量和标量偏振。我们比较了我们的呼吸和矢量模式与以前的文献表达。我们提出的第一次解析表达式的重叠减少功能的纵向模式之间的脉冲星对的所有角度。
2021-11-24 gr-qc
Does Gauss-Bonnet Inflationary Gravitational Waves satisfy the Pulsar Timing Arrays observations?
本文利用PTArcade分析GB-IGW模型参数并与多个PTA观测比较，发现势参数n可为负且谱指数与Planck结果不同，表明该模型比标准暴胀更符合PTA数据，更可能被未来空间引力波探测器发现。
2025-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Noncommutative Gravity with Gravitational Wave and Binary Pulsar Observations
非对易引力是量子化时空的一种自然方法，它通过将时空坐标本身提升为不对易的算子。这种方法的动机，例如，从量子引力的角度来看，等等。非对易引力已被测试对双黑洞合并事件GW 150914。在这里，我们扩展和改进这样一个以前的分析（i）放松的假设上的首选方向，由于noncommutativity，（ii）使用后验样本产生的LIGO/Virgo合作，（iii）考虑其他引力波事件，即GW 151226，GW 170608，GW 170814和GW 170817，（iv）考虑脉冲星观测。利用包含二阶后牛顿非对易效应的开普勒定律，我们导出了引力波相位和近心岁差的修正。利用引力波和双脉冲星双星观测，我们发现了时空非对易张量$θ^{0i}$在相对于每个双星取向的优选坐标系方向上的界。我们发现，引力波边界比脉冲双星强一个数量级，并且由普朗克长度和时间归一化的非对易张量被限制为单位阶。
2020-07-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Secular effects of Ultralight Dark Matter on Binary Pulsars
暗物质（DM）可以由非常轻的玻色子组成，表现为经历相干振荡的经典标量场。这个DM场的存在会扰乱天体的动力学，要么是因为（振荡的）DM应力张量改变了星系的引力势，要么是DM直接耦合到天体的组成部分。我们研究了这种扰动引起的双星系统轨道参数的长期变化。确定了两类影响。如果DM振荡的频率与轨道运动共振，则会出现第一类效应;这些效应存在于一般DM耦合中，包括纯引力相互作用的情况。第二类的影响出现，如果DM是二次耦合的质量的二进制系统成员，并不需要任何共振条件。双星脉冲星计时的精确度可以用来限制这些影响。目前的观测对银河系引力场的振荡并不敏感，尽管在DM密度高的区域发现的双星可能会改善这种情况。对于直接耦合到普通物质的DM，目前的时间数据已经具有竞争力的DM质量$\sim 10^{-22}-10^{-18}\,{\rm eV}$的范围内与其他现有的限制。预计未来的观测将提高灵敏度，并探索新的参数区域。
2020-02-26 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Prospective bounds on f(Q) gravity with pulsar timing arrays
Kharazmi University（卡拉兹米大学）
本文通过脉冲星定时阵列研究f(Q)引力理论，利用SKA观测提高约束，区分引力理论与广义相对论。
2026-02-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Direction-of-arrival estimation of a gravitational wave by correlations between quadrupole moments of pulsar timing data
Graduate School of Science and Technology, Hirosaki University（弘前大学理工学研究科）
通过分析脉冲星定时四极矩的相关性，研究利用秩为2的矩阵估计引力波方向，探讨了未来平方公里阵列的观测能力。
2026-11-05 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Stringent Pulsar Timing Bounds on Light Scalar Couplings to Matter
讨论了与物质共形耦合和非形式耦合的标量张量理论对脉冲星时间的限制。将动力学简化为质心系中的运动，并使用平均异常参数化，我们发现了由共形和非形式相互作用引起的第一个后牛顿修正，其形式为广义拟开普勒解。我们还导出了标量辐射引起的辐射反作用力和相应的后开普勒参数。我们使用不同的脉冲星到达时间（TOA）数据集探测标量修正PKP。特别是，我们专注于大的轨道频率的系统的非正式耦合引起的PKP项的贡献是敏感的更高的频率。我们发现，最受约束的{ {脉冲星定时}}是PSR B1913+16和双脉冲星PSR J 0737 - 3039 A/B，是从太阳系中的Shapiro效应获得的共形耦合的Cassini束缚的量级。{ {使用其他脉冲星定时的组合约束给出了共形耦合$β^2 < 2.33 \cdot 10^{-5}$的上限和$Λ\geq 1.12 \ {\rm MeV}$的非正式耦合尺度的下限，其分别与Cassini约束和GW-170817约束相当}}。最后讨论了未来脉冲星伴黑洞定时的测量。
2023-03-01 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Subluminal stochastic gravitational waves in pulsar-timing arrays and astrometry
通过脉冲星计时和天体测量探测低频引力波的随机背景，将使超越广义相对论的引力理论得到检验。这些理论通常允许非爱因斯坦偏振模式的引力波，其传播速度可能比光速慢。我们使用的总角动量波形式主义，以获得相关的脉冲星定时阵列和天体测量，产生的背景下的引力波与标量，矢量，或张量极化的观测角相关模式。我们发现，脉冲星定时观测的标量纵模，发散与源距离的流明极限，是有限的亚光速的情况下。此外，我们将我们的结果应用到$f(R)$重力，它包含了大量的标量自由度，除了标准的横向无痕模式。这个$f(R)$理论中的标量模是标量-纵模和标量-横模的线性组合，对于脉冲星定时阵列只激发偶极子和偶极子，对于天体测量测量只激发偶极子。
2021-01-25 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
Slowly Rotating Neutron Stars in Aether Scalar-Tensor Theory
本文在以太标量-张量理论框架下推导并求解慢速旋转中子星方程，发现其转动惯量-致密度普适关系与广义相对论不同，为利用脉冲星X射线和双中子星并合引力波观测检验该理论提供了可能。
2025-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-Wave Sky Mapping with Pulsar Timing Arrays: The Full Earth-Pulsar Response and Resolution Operational Regimes
Lebedev Physical Institute, Astro Space Center, Pushchino Radio Astronomy Observatory（列别捷夫物理研究所、天体物理中心、普希奇诺射电天文台）；Department of Physics & Astronomy, University of Missouri（密苏里大学物理与天文学系）
研究利用脉冲星计时阵列观测纳赫兹引力波，基于地球 - 脉冲星响应和张量球谐分解开发天空测绘框架，分析探测器响应区域及分辨率极限，发现相干脉冲星项信息改善测绘对脉冲星数量有要求，还扩展形式主义至随机背景建立统一框架。
2026-11-02 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from metastable cosmic strings in Pati-Salam model in light of new pulsar timing array data
本研究针对纳赫兹引力波观测结果，提出含亚稳态宇宙弦的新型Pati-Salam模型，结合混合暴胀、非热轻子产生机制，解释PTA数据且符合现有及未来实验探测范围。
2023-08-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Impact of Pulsar SAX J1748.9-2021 Observations on $f(\mathcal{Q}, \mathbb{T})$ Gravity
本研究利用脉冲星SAX J1748.9-2021的观测数据，结合非奇异解与特定$f(\u0007mathcal{Q}, \u0007mathbb{T})$引力模型，验证了各向异性物质脉冲星的可行性与稳定性，建立了多类物理量的关联。
2025-09-02 astro-ph.HE gr-qc
Topological neutron stars in tensor-multi-scalar theories of gravity
本文证明了在引力张量多标量理论中存在一种新的中子星。我们把这种新型的中子星称为拓扑中子星。拓扑中子星除了具有通常中子星的标准特征外，还具有拓扑荷的特征。我们在张量多标量理论中数值构造了拓扑中子星的显式例子，其目标空间为$\mathbb{S}^3$。除了拓扑荷外，拓扑中子星还表现出其他吸引人的特征，这些特征使它们成为自然界中可能存在的现实致密天体。例如，它们具有零标量电荷，从而避开了强脉冲双星对偶极标量辐射的约束。
2019-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Interpreting Pulsar Timing Array data of Gravitational Waves with Ekpyrosis-Bouncing Cosmology
针对近期PTA实验观测到的SGWB信号，本文构建具体的火劫-反弹宇宙学模型，利用其强蓝倾引力波谱（$n_T \u2248 2$）解释该信号，结合观测约束分析扰动，证明模型可无病态地解释PTA结果。
2025-02-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Correlated signals of ultralight scalar dark matter in pulsar timing
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Florida（佛罗里达大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California, San Diego（加州大学圣迭戈分校）；Imperial College（帝国理工学院）；Swarthmore College（斯沃斯莫尔学院）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究脉冲星计时中超轻标量暗物质，开发自洽分析方法，将ULDM场视为高斯随机场，使其振幅先验在相关与不相关极限间连续插值，应用于线性和二次耦合标量ULDM，用归一化流代理表示分布，并在模拟数据集验证。
2026-07-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Static and slowly rotating neutron stars in scalar-tensor theory with self-interacting massive scalar field
双星脉冲星观测和引力波探测严重限制了无质量标量场的标量-张量理论，只允许与广义相对论有很小的偏差。然而，如果我们考虑一个非零质量的标量场，则允许与观测值一致的参数值与广义相对论有显著的偏差。本文推广了这一思想，研究了势中含有自相互作用项的质量场标量张量理论。附加项抑制了中子星模型中的标量场以及标量场的质量效应，但对于与观测结果一致的参数值，仍然可以观察到与纯GR的大偏差。
2018-05-20 astro-ph.HE gr-qc
On a possibility of scalar gravitational wave detection from the binary pulsar PSR 1913 +16
结果表明，对标量引力辐射的探测或设定上限是对相对论引力理论的一个很好的实验检验。本文修正了引力的相对论张量场论，论证了在通常的四极辐射中必须加入标量双极引力辐射。在脉冲双星PSR 1913+16的情况下，预测了标量引力波产生的0.735%的引力辐射过剩。
1999-11-22 astro-ph gr-qc quant-ph
Constraints on conformal ultralight dark matter couplings from the European Pulsar Timing Array
本文利用欧洲脉冲星计时阵列数据，研究超轻暗物质标量与引力的普适共形耦合对脉冲星自转频率的周期性调制效应，从而给出改进的暗物质耦合限制，并将其解释为对标量-张量理论参数的限制。
2024-10-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Testing General Relativity with Black Hole-Pulsar Binaries
双星系统使我们能够对引力进行精确的测试，并对广义相对论以外的广泛理论提出了严格的限制。目前和未来的射电望远镜，如FAST、SKA和MeerKAT，可能会发现一个新的天体物理系统，即围绕黑洞运行的脉冲星，这将为我们探测引力提供新的来源。本文系统地研究了利用这类黑洞-脉冲双星检验广义相对论的前景。我们首先找到一个映射之间的一般非爱因斯坦参数的轨道衰减率和理论常数在各种修改后的引力理论，然后总结这个映射与一个现成的使用列表。我们在这里研究的理论包括标量张量理论，变化的$G$理论，大质量引力理论，一般屏蔽引力和二次曲率校正理论。接下来，我们使用FAST/SKA的轨道衰减率的模拟测量精度来推导通用非爱因斯坦参数的投影上界。我们发现，当修正进入负后牛顿阶时，黑洞-双星系统的束缚比中子星-脉冲星和中子星-白矮星双星系统的束缚强几个数量级。通过映射这些边界上的通用参数的各种修改后的引力理论，我们发现，可以约束牛顿常数$G$的时间变化是可比的，并补充目前最强的约束从太阳系的实验。我们还研究了如何从黑洞-双星的黑洞四极矩测量中探测二次引力。我们发现，宇称违反部门的二次引力的界限可以比目前的界限强六个数量级。这些结果表明，未来黑洞-双星的新发现将为进一步探测引力提供强有力的方法。
2020-03-21 astro-ph.HE gr-qc
Piercing the Vainshtein screen with anomalous gravitational wave speed: Constraints on modified gravity from binary pulsars
利用Hulse-Taylor脉冲星的观测结果，我们将引力波（GW）速度限制在$10^{-2}$的水平上.我们将这一结果推广到标量张量理论，Galileon 4和5模型，显示异常的传播速度和耦合到GWs的物质。我们认为，这种效果生存传统的筛选，由于持久性的标量场梯度内维里化overdensities，有效地“刺穿”Vainshtein筛选。在特定的分支的解决方案，我们的结果可以直接约束在暗能量形式主义的有效场论的宇宙耦合。
2016-01-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Binary-pulsar tests of strong-field gravity
这个演讲是基于我自1991年以来与Thibault Damour合作的工作。统一理论，像超弦一样，预言了引力子标量伙伴的存在。这种引力理论在弱场条件下（太阳系实验）可以非常接近广义相对论，但在强场条件下（靠近致密体，如中子星）可能会严重偏离广义相对论。因此，二进制数是测试这些理论的最佳工具。本演讲介绍了四个主要的双星脉冲星实验，并讨论了它们对一类张量-标量理论的约束。结果表明，它们排除了太阳系中某些与广义相对论严格不可区分的模型。这说明了双星脉冲星和太阳系相对论引力测试之间的质的差异。
1996-12-16 astro-ph gr-qc
Testing No slip model with pulsar timing arrays: NANOGrav and IPTA
基于PTA的暴胀解释，本文研究了修正引力下的no slip模型，通过两种参数化求得张量微扰转移函数，并利用NANOGrav和IPTA数据约束了模型参数，发现参数间存在简并且当前数据精度受限。
2024-09-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tests of strong-field gravity and gravitational radiation damping in binary-pulsar systems
本次演讲回顾了双星脉冲星数据对引力理论的限制，特别是对“标量张量”理论的限制，这是广义相对论最自然的替代品。由于中子星有很强的引力结合能，脉冲双星实验与太阳系实验有质的不同：它们有能力探测在弱引力场条件下与广义相对论无法区分的模型。除了在B1913+16和B1534+12两个最精确的脉冲星双星实验中，我们还给出了几个中子星-白矮星双星的各种广义相对论的“零”检验结果，特别是引力辐射阻尼的检验结果。[The这篇很短的论文的主要兴趣是它的图，它也考虑到了“强等效原理”测试。
2000-11-30 astro-ph gr-qc
Numerical simulations of stellar collapse in scalar-tensor theories of gravity
我们提出了球对称的核心崩溃和紧凑的物体形成的标量张量引力理论的数值相对论模拟。附加的标量自由度引入了传播的非线性引力波模式。用当前和未来的引力波实验探测到的标量波可能构成强场修正广义相对论的确凿证据。我们崩溃多方和更现实的前超新星配置文件使用高分辨率的冲击捕获计划和近似处方的核物质状态方程。最有希望的标量辐射源是坍缩成黑洞的质子中子星。在银河系核心坍塌事件形成黑洞的情况下，先进的LIGO可能能够在与当前太阳系和双星脉冲星测量相当的水平上对理论参数进行独立约束。在该地区的参数空间接纳自发标化的恒星，过渡到配置突出的标量头发黑洞形成之前，进一步增强了发射信号。虽然一个更现实的治疗的微观物理是必要的，充分调查自发标度化的中子星残余物的发生，我们推测，形成这样的对象可以约束参数的理论超出目前的界限与太阳系和双星脉冲星实验。
2016-05-18 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Neutron-star mergers in scalar-tensor theories of gravity
引力的标量-张量理论是广义相对论的自然唯象替代品，在广义相对论中，引力相互作用除了通常的张量引力子外，还由标量自由度介导。在这些理论的参数空间的区域，从太阳系实验和双星脉冲星观测的约束得到满足，我们表明，中子星双星呈现显着的差异，从广义相对论在后期的螺旋和合并阶段。特别是，与孤立的中子星的自发标度化相关的现象发生在双星系统演化的后期阶段，对随后的动力学产生重要影响。我们评论我们的研究结果的相关性，为即将到来的先进LIGO/处女座探测器。
2013-04-24 astro-ph.HE gr-qc
Inflationary interpretation of the gravitational-wave signal in the European Pulsar Timing Array DR2 with constraints
University of Birmingham（伯明翰大学）；CERN（欧洲核子研究组织）；Université de Genève（日内瓦大学）；INAF - Osservatorio Astronomico di Cagliari（意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台）；LPC2E, OSUC, Univ Orleans, CNRS, CNES, Observatoire de Paris（奥尔良大学CNRS空间与宇宙化学实验室）；Observatoire de Paris, Université PSL, Univ Orleans, CNRS（巴黎天文台）
本文用暴胀模型解释EPTA DR2引力波背景信号，通过参数化张量功率谱并综合CMB、BBN和LIGO-Virgo-KAGRA约束，得到参数空间范围，发现信号可能源于辐射主导时期再入哈勃半径的张量模式，但需要极低的重加热温度。
2026-06-08 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Constraining the scalar-tensor gravity theories with and without screening mechanisms by combined observations
屏蔽修正引力（SMG）和Brans-Dicke引力（BD）是有屏蔽机制和无屏蔽机制的标量张量理论的典型例子，它们可以抑制稠密区域的标量场。本文研究了时变引力常量$G$、引力偶极辐射和Nordtvedt效应分别在BD和SMG理论中的检验。我们把新的约束这些理论结合卡西尼实验，月球激光测距（LLR）测量，脉冲星观测从PSR J1738 $+$ 0333和J 0348 $+$ 0432。我们发现筛选机制对理论约束有重要影响。BD的最强、第二和最弱约束分别来自Cassini、脉冲星和LLR测试。对SMG的最严格约束来自LLR测量，并且将先前的最佳约束提高了超过七个数量级。我们利用$G$的时间变分导出了这些理论中标量背景的宇宙学演化的界限。所有的检验结果都与广义相对论（GR）相一致，并对偏离GR给出了更严格的约束。最后，作为一个例子，我们考虑了变色龙模型，并导出了对模型参数的约束。
2019-06-26 astro-ph.CO gr-qc
