General Relativistic Magneto-Hydrodynamic Simulations with BAM: Implementation and Code Comparison
本文扩展BAM代码采用双曲散度清理方案实现GRMHD模拟，通过标准测试及与SPRITZ、GRaM-X和SACRA_KK22等代码对比，验证了其在相对论测试和双中子星合并模拟中表现良好且结果一致。
2024-07-30 astro-ph.HE gr-qc
Silhouette and spectral line profiles in the special modification of the Kerr black hole geometry generated by quintessential fields
我们研究了对应于状态方程参数$ω_{q}=-1/3$极限情形的典型Kerr黑洞时空中的光学效应。依赖于无量纲的典型场参数$c$，我们确定了黑洞的轮廓和谱线轮廓的开普勒磁盘产生在这种特殊的典型克尔几何，代表了一个扩展的一般修改的克尔几何最近介绍的Ghasemi-Nodehi和Bambi \cite{Gha-Bam:2016:EPJC:}。结果表明，由于参数$c$的影响，轮廓线几乎均匀放大，谱线轮廓线红移，且形状几乎守恒。
2016-06-29 astro-ph.HE gr-qc
Non-singular rotating black hole with a time delay in the center
Bambi和Modesto提出，旋转非奇异黑洞可以通过Newman-Janis算法构造。在这里，我们表明，如果一个开始与修改后的海沃德黑洞在中心的时间延迟，该算法成功地产生一个旋转度量，但曲率发散再次出现。为了保持有限性，必须在非奇异旋转度量的水平上直接引入时滞。这是可能的，这是由于由正则化引起的内部稳定性限制表面的变形，并且以不止一种方式。我们概述了三种不同的可能性，区分事件视界的角速度。一路上，我们提供了额外的结果Bambi-Modesto旋转海沃德度规，如正则化发生在中心的结构，量子引力尺度的行为就像一个电荷在减少角动量的极端黑洞配置，或细节上的能层变形。
2016-02-02 gr-qc hep-th
Numerical Simulations of Dark Matter Admixed Neutron Star Binaries
对致密双星合并的多信使观测提供了一种新的方法来限制可能在中子星内部和周围积聚的暗物质的性质。在这篇文章中，我们扩展了我们的数值相对论代码BAM的基础设施，使模拟的中子星，包含一个额外的镜像暗物质组件。我们进行单星测试，以验证我们的代码和第一个二元中子星这种模拟。我们发现，暗物质的存在减少了合并残余物的寿命，有利于迅速坍缩成黑洞。此外，我们发现在合并时间相同的总质量和质量比，但不同数量的暗物质的系统的差异。最后，我们发现，混合有暗物质的中子星合并产生的电磁信号不太可能像它们的暗物质自由对应物那样明亮。鉴于多信使设施的灵敏度越来越高，我们的分析为如何探测暗物质的存在提供了一个新的视角。
2022-06-22 astro-ph.HE gr-qc
Controlling artificial surface heating in neutron star simulations: Application to hybrid equations of state
Goethe-Universität Frankfurt（法兰克福歌德大学）
本研究在有限差分代码 BAM 中，验证基于熵的通量限制（EFL）方案可显著且鲁棒地减少中子星模拟中的人工表面加热，为恒星表面处理提供有效解决方案。
2026-08-21 astro-ph.HE gr-qc
Binary black holes on a budget: Simulations using workstations
二进制黑洞模拟传统上是非常昂贵的计算：目前的模拟是在超级计算机中进行的，涉及几十个，如果不是几百个处理器，因此系统的研究参数空间的二进制黑洞遇到似乎仍然与目前的技术禁止。在这里，我们将展示如何多层细化级别代码BAM可以用于双处理器工作站上模拟某些二进制黑洞系统。BAM基于移动穿孔方法，提供由网格中心附近的分辨率增加的框组成的网格结构。在双星的情况下，最高分辨率的盒子被放置在每个黑洞的周围，它们在它们的轨道上跟踪它们，直到最后的合并，当一组单独的水平围绕着黑洞残留物时。这在模拟旋转的黑洞时特别有用，因为引力场梯度更大。我们模拟了具有等质量黑洞的双星，这些黑洞的自旋平行于双星轴，内禀星等为S/m^2= 0.75。我们的结果相比，有利的是，以前的模拟这个特定的系统。我们表明，移动穿孔方法产生稳定的模拟在最大空间分辨率高达M/160和持续时间高达相当于20个轨道周期。
2007-05-20 gr-qc
Singularity-free black holes in conformal gravity: new observational constraints
我们考虑了Bambi，Modesto和Rachwal（2017）中爱因斯坦共形引力中的无奇性旋转黑洞解族，并从2015年爆发期间GS 1354-645中恒星质量黑洞的30 ks NuSTAR观测分析中限制了共形参数$L$的值。我们的新约束比以前的工作中发现的强得多。在此，我们获得了$L/M < 0.12$（99%置信水平，仅统计不确定性）。
2020-03-08 gr-qc
Comparing twist-free axisymmetric gravitational waves near the black hole threshold
Universidade de Lisboa（里斯本大学）；Charles University（查理大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Bowdoin College（鲍登学院）；Friedrich-Schiller-Universität, Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）
研究比较黑洞阈值附近无扭转轴对称引力波的三个独立数值代码，关注各代码优缺点，研究近阈值坍缩特征，构建参考坐标辅助比较，演化时间不对称波初始数据，比较表观视界，三个代码结果一致。
2026-07-14 gr-qc
Rotating neutron stars with non-barotropic thermal profile
中子星为最极端条件下的物理学提供了极好的实验室。迄今为止，轴对称、定常、差速旋转的中子星模型都是在强正压假设下建立的，其中所有热力学量之间存在一一对应的关系。这意味着物质元素的特定角动量只取决于它的角速度。然而，中子星早期阶段的物理条件是由它们剧烈的诞生过程决定的，通常是超新星，或者在某些情况下是两颗中子星的合并，详细的数值模型表明，由此产生的恒星绝不是正压的。在这里，我们构建模型的固定，差分旋转，非正压中子星，状态方程和特定的角动量依赖于一个以上的独立变量。我们表明，相对论欧拉方程的潜在制定可以扩展到非正压的情况下，这是一个新的结果，即使是牛顿的情况下，据我们所知。我们将新方法应用到XNS程序中，构造了非正压状态方程的平衡构型。我们仔细研究所得到的配置，通过不断发展他们动态的数值相对论代码BAM，从而表明，新的方法确实产生固定的，差分旋转，非正压中子星配置。
2019-11-12 astro-ph.HE gr-qc
Numerical evolution of multiple black holes with accurate initial data
我们提出了三个等质量黑洞的数值演化使用移动穿刺方法。利用高阶多重网格椭圆型求解器求解约束方程，计算了三个黑洞的穿刺初始数据。利用这些初始数据，我们给出了三个具有六阶波形收敛的黑洞演化的结果。我们比较了BAM和AMSS-NCKU码与以前的结果。在以前的模拟中使用的三个黑洞的哈密顿约束的近似解析解导致不同的动力学和波形。我们提出了一些数值实验，显示四个黑洞的演化和由此产生的引力波形。
2010-12-20 gr-qc
Time-domain effective-one-body gravitational waveforms for coalescing compact binaries with nonprecessing spins, tides and self-spin effects
本文提出了一种新的适用于非旋进（自旋对准）和潮汐相互作用的致密双星的有效单体（EOB）波形模型TEOBResumS，它利用离心EOB半径的概念将自旋-轨道效应和自旋-自旋效应融合在一起。通过合并和衰荡的点质量部门的通知与SpEC和BAM代码计算的二进制黑洞（BBH）的数值相对论（NR）模拟。TEOBResumS的潮汐部分描述了中子星双星到合并的动力学过程，并结合了一个基于相对论性潮汐相互作用的后牛顿和引力自作用力描述的最新进展的吸引势。状态方程依赖的自旋相互作用（四极效应）被纳入模型中使用领先的顺序后牛顿的结果在一个新的表达式的离心半径。将TEOBResumS与135个SpEC和19个BAM BBH波形进行比较。对SpEC数据$\bar{F}$的最大不忠实性--在设计Advanced-LIGO灵敏度时，并在总质量$M$在$10M_\odot \leq M \leq 200 M_\odot$之间变化的情况下进行评估--始终低于$2.5 \times 10^{-3}$，除了一个超出$7.1 \times 10^{-3}$水平的离群值。当与BAM数据相比时，除了在NR覆盖的参数空间的一个角中的单个异常值之外，$\bar{F}$小于$0.01$，该单个异常值达到$0.052$水平。TEOBResumS还兼容于来自具有自旋效应和用BAM和THC代码计算的减小的初始偏心率的二元中子星的高端NR…
2018-10-28 gr-qc
Black hole remnant of black hole-neutron star coalescing binaries with arbitrary black hole spin
建立了一个确定黑洞-中子星合并过程中黑洞残余物的无量纲自旋参数和质量的模型，该模型具有任意的初始黑洞自旋角动量、双星质量比、中子星质量和冷态方程.对数值相对论结果进行了检验，表明无量纲自旋参数和最终质量都准确地再现。对于第一次，这两个量的行为和l = 2，m = 2，n = 0的准正规模式频率检查整个参数空间。这个频率的预测可以用来指导引力波建模和探测工作，并从探测到的引力波信号中提取物理信息，这将有助于我们打破黑洞和黑洞-中子星系统之间的简并，提高我们对致密双星形成的理解，并约束中子星状态方程。
2014-03-10 astro-ph.HE gr-qc
The Black Hole Remnant of Black Hole-Neutron Star Coalescing Binaries
提出了一个确定具有平行轨道角动量和初始黑洞自旋的黑洞-中子星合并的黑洞残骸的无量纲自旋参数和质量的模型。这种方法是基于双黑洞的Buonanno，Kidder和Lehner方法，并成功地对数值相对论模拟的结果进行了测试：无量纲自旋参数的预测与绝对误差$\lesssim 0.02$，而最终质量的相对误差为$\lesssim 2$ %，其分布在测试中被发音峰值为$1$ %。因此，我们的方法和Foucart（2012）报告的环面残余质量的拟合构成了一个易于使用的分析模型，可以准确描述黑洞-中子星合并的残余。研究了由双星质量比、初始黑洞自旋、中子星质量和状态方程组成的参数空间。我们间接支持了黑洞-中子星合并的黑洞残余的宇宙监督猜想。我们发现中子星的存在影响了黑洞遗迹的准正规模频率，从而表明引力波信号的衰荡时期实际上可以用来（1）区分黑洞-黑洞和黑洞-中子星合并以及（2）约束中子星状态方程。
2013-11-22 astro-ph.HE gr-qc
Coalescence of black hole--neutron star binaries
本文综述了黑洞-中子星双星并合的广义相对论研究现状。首先，综述了准平衡圆轨道黑洞-中子星双星的高精度计算，重点讨论了准平衡序列和质量脱落极限。其次，介绍了黑洞-中子星双星并合的数值相对论模拟的现状。我们总结了我们对合并过程，潮汐破裂及其判据，合并残余物和喷出物质的性质，引力波形和引力波谱的理解。我们还讨论了黑洞的电磁对应物--中子星合并。
2021-10-12 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole-Neutron Star Mergers: Disk Mass Predictions
确定黑洞-中子星合并的最终结果，特别是后期黑洞外剩余的物质数量及其性质，一直是这些系统数值模拟背后的主要动机之一。黑洞-中子星双星是最有可能产生短伽马射线暴的祖先之一--只要质量（可能是太阳质量的几分之一），热吸积盘就会在黑洞周围形成。这是否真的发生，很大程度上取决于系统的物理特性，特别是质量比、黑洞的自旋和中子星的半径。我们在这里提出了一个简单的双参数模型，适合现有的数值结果，为确定剩余的质量外的黑洞几毫秒后，黑洞-中子星合并（即合并质量的吸积盘，潮汐尾，和潜在的喷出物）。这个模型预测的残余质量在几个百分点的质量的中子星，至少为残余质量高达20%的中子星的质量。这里列出了被认为是最有可能的天体物理学参数范围内的结果。我们发现，对于10个太阳质量的黑洞，只有大中子星（R> 12 km）或准极值黑洞自旋（a/M>0.9）才可能存在大质量盘。我们还使用我们的模型来讨论中子星的状态方程如何影响最终的残余物，以及强烈的影响，这可能会产生的黑洞-中子星合并的短伽马射线暴的速率。
2012-12-10 astro-ph.HE gr-qc
Primordial black holes captured by neutron stars: simulations in general relativity
本研究开展广义相对论自洽数值模拟，开发新数值技术，探究不同质量原初黑洞被中子星捕获的过程，明确小质量黑洞下中子星的稳定性及大质量黑洞的吸积坍缩演化，补充了点质量近似下的相关研究。
2024-05-16 astro-ph.HE gr-qc
Anisotropic mass ejection from black hole-neutron star binaries: Diversity of electromagnetic counterparts
黑洞-中子星双星的合并过程中，当中子星在合并前发生破裂时，可以喷射出质量约为0.01-0.1M_sun的物质。喷出物表现出明显的各向异性，并在一个特定的方向与体积速度约0.2c。这与双中子星合并有很大的不同，后者的喷出物几乎是各向同性的。各向异性喷出物带来了黑洞-中子星双星特有的电磁对应体多样性，如视角依赖性、极化和自行。本文还讨论了黑洞的反冲速度、引力波记忆发射和宇宙线加速等问题。
2013-08-23 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole - Neutron Star Binary Mergers: The Imprint of Tidal Deformations and Debris
引力波干涉仪灵敏度的提高将带来对双黑洞和双中子星合并的额外探测。它也很可能增加许多黑洞-中子星双星的合并事件。区分高质量比的混合双星和双星黑洞合并可能是具有挑战性的，因为在这种情况下，中子星与黑洞合并而没有经历重大的破坏。为了研究混合二进制合并到那些行为更像二进制黑洞合并的过渡，我们提出了不同的质量比合并模拟的结果。我们展示了中子星的变形和破裂程度如何影响螺旋和合并动力学，最终黑洞的性质，由潮汐碎片的圆形化形成的吸积盘，引力波，以及应变谱和失配。计算结果还表明了将黑洞击穿的Bowen-York初始数据推广到有中子星伴星的双星的初始数据方法的有效性。
2021-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Calibration of Moving Puncture Simulations
我们提出了单一和二元黑洞模拟，遵循移动穿刺范例模拟黑洞时空没有切除，并使用移动盒网格细化。聚焦于二进制黑洞配置的模拟覆盖大约两个轨道，我们解决了五个主要问题，确定我们的结果的质量：数值离散化误差，有限提取半径的辐射信号，物理适当的初始数据，规范的选择和计算性能。我们还比较结果，我们已经获得了BAM码这里描述的独立的LEAN码。
2006-10-26 gr-qc
Accretion onto a small black hole at the center of a neutron star
我们重新审视由一颗中子星组成的系统，在它的中心有一个小的，可能是原始的黑洞，专注于嵌入非旋转中子星中的非旋转黑洞。扩展早期的治疗，我们提供了一个分析处理描述的长期吸积率的中子星物质到黑洞，采用相对论邦迪吸积形式主义的刚性状态方程，我们在其他地方。我们用这些吸积率来分析系统的演化，直到中子星被完全消耗。我们还进行了数值模拟，在完整的广义相对论的质量高达9个数量级小于中子星质量的黑洞，包括模拟的整个演变，通过崩溃的最大黑洞质量。我们构建这些模拟的相对论性的初始数据，通过推广的黑洞穿刺方法，以允许物质的存在，并发展这些数据与代码，是最佳的设计，以解决这个问题中存在的巨大不同的长度尺度。我们比较我们的解析和数值计算结果，并提供表达式的寿命的中子星窝藏这样的内寄生黑洞。
2021-05-18 astro-ph.HE gr-qc
The Properties of a Black Hole-Neutron Star Merger Candidate
LIGO/Virgo联盟（LVC）发布了一个候选引力波信号S190426 c的初步公告，该信号可能来自黑洞-中子星合并。作为第一个这样的候选系统，它的性质，如质量和自旋是极大的兴趣。虽然LVC政策禁止在初步公告中披露这些属性，但LVC确实发布了该系统属于特定类别的估计概率，例如双中子星，双黑洞和黑洞-中子星。LVC还发布了有关相对信号强度、距离以及喷出物质或残留盘在合并中幸存的概率的信息。在事件的有限概率是在一个以上的类别，如可能发生的黑洞-中子星合并的情况下，它示出了如何估计组件的质量和自旋的黑洞。该技术应用于源S190426 c。
2019-08-09 astro-ph.HE gr-qc
Remnant baryon mass outside of the black hole after a neutron star-black hole merger
中子星（NS）和黑洞（BH）合并产生的引力波（GW）和电磁波（EM）信号是极端引力、核物理和天体物理学中备受期待的发现。我们开发了一个简单的公式，区分合并的结果，并预测合并后的残余质量，验证了75模拟。我们的公式改进了现有的结果，通过描述关键的未探索的制度：可比的质量和更高的BH自旋。这些是重要的区分NSNS从NSBH合并，并从EM信号推断源物理。
2018-06-29 astro-ph.HE gr-qc
Spin-Precession: Breaking the Black Hole--Neutron Star Degeneracy
致密恒星残骸的合并是LIGO/Virgo引力波探测器的主要目标。人们希望这些合并事件产生的引力波信号可以用于研究恒星残余物的质量和自旋分布，并提供有关黑洞视界和中子星材料性质的信息。然而，有人提出，恒星的质量和自旋在波形中留下的简并性可能使人们无法区分黑洞和中子星。在这里，我们表明，由于自旋-轨道耦合的轨道平面的岁差打破了质量-自旋简并，并允许我们区分标准的中子星和替代的可能性，如黑洞或异国情调的中子星与大质量和自旋。
2014-12-18 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Formation of Scalarized Black Holes and Neutron Stars through Stellar Core Collapse
在一类标量-高斯-邦纳引力中，黑洞和中子星可以经历自发标量化--由标量场和时空曲率之间的非最小耦合引起的快子不稳定性触发的强引力相变。到目前为止，对这一现象的研究主要局限于对快子不稳定性和稳态标度黑洞和中子星的研究。到目前为止，还没有提出孤立标度黑洞和中子星形成的现实物理机制。我们研究，第一次，球对称的完全非线性恒星核坍缩到一个黑洞和一个中子星的标量高斯Bonnet理论允许一个自发标量化。我们发现，核心坍缩可以产生标度化黑洞和标度化中子星开始与非标度化的祖星。到达最终（非）标量化状态的可能路径相当丰富，导致观察表现的有趣可能性。
2021-10-15 astro-ph.HE gr-qc
Gravitationally Driven Electromagnetic Perturbations of Neutron Stars and Black Holes
中子星和黑洞的引力扰动是众所周知的引力辐射源。如果紧凑物体浸没在磁场中或被赋予磁场，则重力扰动将耦合到电磁扰动，并可能触发协同电磁特征。本文对中子星和黑洞的引力和电磁耦合扰动动力学进行了详细的解析计算。我们讨论了在这些情况下探测电磁波的前景，以及这些波提供有关其来源的信息的潜力。
2013-03-22 astro-ph.HE gr-qc
The relative contribution to heavy metals production from binary neutron star mergers and neutron star-black hole mergers
宇宙中重元素的起源尚未完全确定。中子星-黑洞（NSBH）和{双星中子星}（BNS）合并都可能通过快速中子俘获（r-过程）产生重元素。我们利用最近探测到的引力波从NSBH，改进的测量的中子星状态方程，和最现代的数值模拟喷出的物质从二进制碰撞来衡量的相对贡献NSBH和BNS生产的重元素。由于r-过程喷出物的量取决于致密天体的质量和自旋分布，以及中子星的状态方程，我们考虑这些量的各种模型，由引力波和脉冲星数据提供信息。我们发现，在大多数情况下，在过去的25亿年里，BNS产生了更多的r-过程元素比NSBHs。如果黑洞优先具有小自旋，BNS可以产生至少两倍于NSBH的r过程元素。如果黑洞自旋很小，并且在NSBH双星中缺乏低质量（$<5M_{\odot}$）黑洞，BNS可以解释双星中几乎全部的r过程元素。对于NSBH产生大比例的r过程元素，NSBH中的黑洞必须具有小质量和大的对齐自旋，这是目前的数据所不赞成的。
2021-09-28 astro-ph.HE gr-qc
Fast ejecta as a potential way to distinguish black holes from neutron stars in high-mass gravitational-wave events
中子星质量范围内的高质量引力波事件，如GW 190425，最近开始被LIGO/Virgo探测器探测到。如果两个双星的质量落在中子星质量范围内，这样的系统通常被归类为中子星双星系统，尽管探测到的引力波信号可能太嘈杂，无法清楚地确定双星中高质量成分的中子星性质，并排除黑洞-中子星系统的可能性。在这里，我们表明，高质量的二进制中子星合并与一个非常大的中子星接近最大质量极限，$m_1 \gtrsim 2.2 \, M_\odot$，产生快速的动力学质量喷出物从合并的主恒星的自旋。通过模拟质量和自旋完全相同的黑洞-中子星系统的合并，我们表明，如果主要的是一个黑洞，这些快速喷出物是完全不存在的。此外，我们发现两个系统都留下了几乎相同数量的重子质量，这些重子质量不会立即被黑洞吸积。这意味着这两个系统将可能有相当的电磁余辉发射来自残留盘。因此，合并时的快速喷出物有可能在高质量合并中区分中子星和黑洞，尽管这些喷出物在观测上可能具有挑战性。
2020-12-07 astro-ph.HE gr-qc
Constraining equation of state of neutron star using neutron star-black hole mergers
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本研究利用Bilby框架分析NSBH并合引力波数据，发现未来探测器需至少20次并合事件，方可清晰区分中子星物态方程。
2026-09-01 astro-ph.HE gr-qc
Reducing orbital eccentricity in initial data of black hole--neutron star binaries in the puncture framework
本文发展了一种在穿刺框架下计算黑洞-中子星双星低偏心率初始数据的方法，扩展了前人对其它类型致密双星的研究。除了调整双星的轨道角速度外，还通过修改用于推导流体静止平衡方程的螺旋Killing矢量来引入中子星的接近速度。接近速度的黑洞，然后诱导通过要求消失的总线性动量的系统，不同的情况下，二元黑洞的穿刺框架中的每个黑洞的线性动量是明确规定的。我们成功地降低轨道偏心率~0.001通过修改参数迭代使用模拟的~3轨道的非旋进和旋进的配置。我们发现，在切除框架中导出的双黑洞的经验公式不减少轨道偏心率~0.001黑洞-中子星双星的穿刺框架中，虽然他们的工作的双中子星。
2021-01-06 astro-ph.HE gr-qc
Black hole-neutron star mergers for 10 solar mass black holes
黑洞-中子星合并的广义相对论模拟目前仅限于低质量的黑洞（小于7个太阳质量），即使人口合成模型表明，大多数合并可能涉及更大质量的黑洞（10个太阳质量或更多）。我们首次对黑洞-中子星与10个太阳质量的黑洞合并进行了广义相对论模拟。对于大质量黑洞来说，作用在中子星上的潮汐力通常太弱，在中子星到达黑洞最里面的稳定圆形轨道之前，它不会被破坏。在a/M = 0.5-0.9范围内改变黑洞的自旋，我们发现只有当a/M>0.7-0.9时，合并才导致恒星的破裂和大质量吸积盘的形成。从这些结果中，我们得到更新的约束BHNS合并的能力是短伽马射线暴的质量和自旋的函数的黑洞的祖先。我们还讨论了引力波信号对黑洞参数的依赖性，并提供了从合并前7-8个轨道开始的模拟波形和频谱。
2012-03-12 astro-ph.HE gr-qc
Models of Kilonova/macronova emission from black hole-neutron star mergers
黑洞-中子星合并是地面探测器有希望的引力波源之一，而黑洞-中子星合并产生的引力波有望在未来几年内被探测到。同时探测电磁对应物和引力波探测提供了关于合并事件的丰富信息。在黑洞-中子星合并可能的电磁对应物中，由放射性r过程核衰变提供能量的辐射，所谓的kilonova/macronova，是后续观测的最佳目标之一。基于最近进行的相对论数值模拟，我们推导出了一般黑洞-中子星合并中喷出物的质量和速度的拟合公式。我们结合这些拟合公式与一个新的半解析模型的黑洞-中子星kilonova/macronova光变曲线再现辐射传输模拟的结果。具体地说，半解析模型再现了~1 mag范围内辐射传输模拟得到的各带星等的结果。利用该半解析模型，我们发现在400 Mpc时，kilonova/macronova在小啁啾质量和高黑洞自旋的情况下亮度为22-24 mag，在大啁啾质量和低黑洞自旋的情况下亮度大于28 mag。以GRB 130603 B为例，我们证明了黑洞-中子星的并合是一个快速旋转的黑洞和一个大的中子星半径。
2016-09-02 astro-ph.HE gr-qc
Extracting the cutoff frequency in the gravitational-wave spectrum of black hole-neutron star mergers
当黑洞扰动中子星时，黑洞-中子星合并的引力波谱的截止点位置与中子星半径密切相关.然而，由于模式混合，在光谱中出现的调制，这使得很难测量的截止频率，如果引力波从倾斜方向观察或双星进动。在这封信中，我们表明，截止频率可以测量，即使在这种情况下，我们最近提出了一种方法来重建的脸上的波形只从应变观察到从一个特定的方向。我们表明，在测量的中子星半径的系统误差可以减少到$\lesssim 5\%$的情况下，发生显着的中子星的潮汐破裂。
2017-09-08 astro-ph.HE gr-qc
When can gravitational-wave observations distinguish between black holes and neutron stars?
对致密双星的引力波观测有可能揭示宇宙中黑洞和中子星的质量和角动量分布。双星的物理参数可以从它们对引力波信号相位的影响中推断出来，但是双星的质量比和角动量之间的部分简并限制了我们测量单个双星质量的能力。在高级激光干涉引力波天文台所期望的典型信号幅度（信噪比在10和20之间），我们表明，在许多情况下，很难区分组件是中子星还是黑洞。我们确定的质量的二进制组件时，可以明确地测量当前的观测范围外：一个系统的啁啾质量$\mathcal{M} \le 0.871 $ M $_\odot$将明确地包含最小质量的中子星观察，和一个系统与$\mathcal{M} \ge 2.786 \Msun$必须包含一个黑洞。然而，需要更多的信息来区分包含两颗1.35 M $_\odot$中子星的双星和一颗奇异的中子星-黑洞双星。我们还确定了这些配置，可以明确地确定为黑洞双星，并显示如何观察的电磁对应的中子星-黑洞二进制可以用来约束黑洞的自旋。
2013-03-01 astro-ph.HE gr-qc
A Toy Model for the Electromagnetic Output of Neutron-star Merger Prompt Collapse to a Black Hole: Magnetized Neutron-star Collisions
本文系统地研究了磁化中子星的迎头碰撞。我们研究了两颗中子星合并时产生的磁场几何。此外，我们还分析了这些碰撞产生的光度，并监测了从合并到随后产生黑洞的磁场演化。在黑洞形成的时候，随着电磁场的衰减，亮度达到峰值并逐渐衰减。比较了三种不同的情况下，一个在两个中子星的初始磁场是对齐的，一个在那里他们是反对齐的，也有一种情况下，他们最初有不相等的磁场强度。我们确定区域和设置限制，使对创建和磁重联将发生在这种情况下，并进一步讨论辐射能量的限制和差异。这项研究应该被看作是一个玩具模型的情况下，残余物，一个双中子星合并，经历了一个即时崩溃的黑洞与周围的磁盘可以忽略不计。我们注意到产生的电磁脉冲类似于快速射电暴现象。我们认为，高质量的合并，导致快速迅速崩溃的黑洞和预期的流量将被观察到的距离类似的二元中子星引力波检测GW 190425的影响。
2020-04-18 astro-ph.HE gr-qc
Discriminating between Neutron Stars and Black Holes with Imperfect Knowledge of the Maximum Neutron Star Mass
尽管来自特殊的低质量致密双星聚结（如GW 170817）的引力波信号可能携带将源与双星黑洞系统区分开来的物质特征，但目前先进的LIGO和Virgo天文台检测到的每八个事件中只有一个可能具有足够大的信噪比来测量物质效应，即使它们存在。尽管如此，系统的组件质量通常会受到精确的约束。构建一个明确的混合模型合并紧凑的对象的总率密度，我们开发了一个分层贝叶斯分析分类引力波源根据后验概率，其组件质量来自不同的子群体。考虑到当前最大中子星质量的不确定性，并采用不同的合理模型的总速率密度，我们研究了两个最近的事件，从LIGO-Virgo合作的第三次观测运行，GW 190425和GW 190814。对于中子星和黑洞质量分布之间没有重叠的人口模型，我们通常会发现有一个$\gtrsim 70\%$的机会，GW 190425是一个双中子星合并，而不是一个中子星黑洞合并。另一方面，我们发现有一个$\lesssim 6\%$的机会，GW 190814涉及一个缓慢旋转的中子星，无论我们假设的人口模型。
2020-11-08 astro-ph.HE gr-qc
Can we distinguish low mass black holes in neutron star binaries?
从合并的双中子星中探测到引力波代表了引力波天文学的另一个里程碑。然而，由于LIGO目前对波形的合并/衰荡部分不敏感，因此如果不考虑对底层紧凑物体种群的假设，就不能轻易排除这种信号由黑洞-中子星双星产生的可能性。我们回顾了一些可能产生低于3 $M_{\odot}$（大约是中子星最大质量的上限）的黑洞的天体物理通道，以及这些通道的现有限制。我们表明，由于中子星状态方程的不确定性，很难区分引力波从一个二元中子星系统，从黑洞-中子星系统具有相同的组件质量，假设先进的LIGO灵敏度。这种简并性可以通过积累来自许多事件的统计数据来打破，以更好地约束状态方程，或者通过对后期螺旋到合并后信号具有更高灵敏度的第三代探测器来打破。我们还讨论了可能的差异，电磁对应物之间的双中子星和低质量黑洞-中子星合并，认为这将是具有挑战性的明确区分这两个没有更好地了解潜在的天体物理过程。
2018-11-29 astro-ph.HE gr-qc
Big Black Hole, Little Neutron Star: Magnetic Dipole Fields in the Rindler Spacetime
当黑洞和中子星在旋进过程中相互接近时，磁化中子星的磁力线最终穿过黑洞的事件视界，形成一个短暂的电磁回路。这个黑洞就像一个电池，为电路提供能量，从而在合并前点亮这对双星。虽然最初被认为是引力波探测的一种有希望的电磁对应物，但发光信号更普遍地被认为是潜在的可探测现象，如短伽马射线暴。为了帮助在理论上的理解，我们提出了一个磁偶极子的电磁场在存在一个事件视界的解析解。在中子星非常接近史瓦西视界的极限，即林德勒极限，我们可以精确地求解任意世界线上磁偶极子的麦克斯韦方程。我们在这里提出这些解决方案，并调查一个代理的一小部分中子星轨道周围的一个大黑洞。我们发现，对于一个M= 10 M的太阳黑洞，一个B场为10^12 G的中子星，一个距离视界3 M的轨道速度为~ 0.5 c的中子星，该黑洞电池可以提供的电压范围为~10^16静伏，投影光度为10^42尔格/秒。较大的黑洞在引力半径固定的情况下，提供的双星分离能量较小。因此，黑洞/中子星系统有一个重要的电力供应，以照亮电路中的各种元素，可能为喷流、光束辐射甚至中子星地壳上的热点提供动力。
2013-11-26 astro-ph.HE gr-qc
Is GW190425 consistent with being a neutron star$-$black hole merger?
GW 190425是Advanced LIGO/Virgo探测器探测到的第二个中子星合并事件。如果解释为双中子星合并，总的引力质量比银河系中确定的双星系统大得多。在这项工作中，我们分析的引力波数据内的中子星$-$黑洞合并的情况。对于黑洞，我们得到质量为$2.40^{+0.36}_{-0.32}M_\odot$，自旋为$0.141^{+0.067}_{-0.064}$。对于中子星，我们发现了$1.15^{+0.15}_{-0.13}M_\odot$的质量和$1.4^{+3.8}_{-1.2}\times 10^{3}$的无量纲潮汐形变。这些参数范围的可信度为90%。中子星和黑洞的推断质量与当前的观测结果并不紧张，我们认为GW 190425是中子星$-$黑洞合并事件的可行候选者。得益于先进引力探测器灵敏度的不断提高和观测站数量的增加，预计未来类似事件将得到更精确的测量，所谓的质量间隙以下黑洞的存在将得到明确的澄清。如果得到证实，中子星与（快速旋转的）低质量黑洞的合并可能是最重r过程元素的重要生产场所。
2020-02-27 astro-ph.HE gr-qc
Numerical simulations of neutron star-black hole binaries in the near-equal-mass regime
对中子星-黑洞（NSBH）双星的模拟通常考虑质量在$(5-10)M_\odot$范围内的黑洞，我们期望在那里找到大多数恒星质量的黑洞。然而，理论上不能排除低质量黑洞的存在。与中子星伴星的双星系统中的低质量黑洞可以模仿中子星-中子（NSNS）双星，因为它们提供类似的引力波（GW）和电磁（EM）信号。为了了解NSNS合并和低质量NSBH合并之间的差异和相似之处，需要进行数值模拟。在这里，我们进行了一组模拟低质量NSBH合并，包括系统兼容的GW 170817。我们的模拟使用了成分和温度依赖的状态方程（DD 2）和近似的中微子输运，但没有磁场。我们发现，低质量的NSBH合并产生的残留磁盘显着小于以前预期的质量，并与合并后流出的质量推断从GW 170817适度不对称的质量比一致。与GW 170817相容的系统产生的动力学喷出物是可以忽略的，除非质量比和黑洞自旋在允许的参数空间的边缘。这种动态喷出物是冷的，富含中子，并且对于中子星：$v\sim (0.1-0.15)c$的潮汐破裂过程中产生的喷出物来说，速度出奇地慢。我们还发现，残余黑洞的最终质量与现有的分析预测是一致的，而最终自旋的黑洞是明显大于预期-高达$χ_{\rm BH}=0.84$为我们的质量相同的情况下。
2019-03-21 astro-ph.HE gr-qc
Nonspinning black hole-neutron star mergers: a model for the amplitude of gravitational waveforms
黑洞-中子星双星并合比黑洞-黑洞并合显示出更丰富的现象学，即使在本文所考虑的相对简单的情况下--即黑洞和中子星都不旋转。当中子星被潮汐破坏时，引力波的发射与黑洞-黑洞的情况完全不同，根据被破坏物质的空间范围，它可以大致分为两组。我们提出了一个唯象模型的引力波振幅在频域中，包括三种可能的结果合并：没有潮汐中断，“温和”，和“强”潮汐中断。利用分段多方中子星状态方程对模型进行了广义相对论数值模拟的校准。从未来的引力波观测中提取关于核物质状态方程的信息，以及在第二代和第三代干涉引力波探测器中获得更准确的黑洞-中子星合并事件速率的估计，应该会被证明是有用的。我们计划随着更长、更精确的引力波形的出现来扩展和改进这个模型，我们将把它作为Mathematica软件包在网上公开。我们还在附录中提出了预测KAGRA噪声谱密度的分析拟合，这在数据分析应用中应该是有用的。
2013-10-09 astro-ph.HE gr-qc
Can a black hole-neutron star merger explain GW170817, AT2017gfo, GRB170817A?
在引力波和电磁辐射中都发现了致密的双星合并，这标志着多信使天文学领域的突破，并提高了我们在许多研究领域的知识。然而，一个悬而未决的问题是观测数据的确切来源，以及人们是否可以可靠地证实GW 170817及其电磁对应物是由一颗双中子星合并而成的。为了回答这个问题，如果GW 170817，GRB 170817 A，和AT 2017 gfo的观测可以解释为合并的中子星与黑洞，我们执行联合多信使分析的引力波，短伽玛射线暴，和kilonova。假设一个黑洞中子星系统，我们推导出多信使约束的潮汐变形的NS的$Λ> 425$和$q < 2.03$的质量比在90\%的置信度，峰值附近的$Λ= 830$和$q = 1.0$的可能性。总的来说，我们发现黑洞-中子星合并可以解释观测到的特征，然而，我们的分析表明，双星中子星GW 170817的起源似乎更合理。
2019-11-14 astro-ph.HE gr-qc
An Entropy-Area Law for Neutron Stars Near the Black Hole Threshold
中子星表现出一套独立于它们的状态方程的普适关系，这与黑洞没有任何关系。受此启发，我们分析和数值探索连接中子星和黑洞普遍性的其他关系。通过分析两种不同的度量，我们发现某些重标度熵具有几乎普适的行为。我们还发现，当中子星的致密性接近黑洞极限时，重新标度的熵接近黑洞的熵，并且热力学熵以一种更加普遍的方式与恒星表面积标度。
2018-10-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Will black hole-neutron star binary inspirals tell us about the neutron star equation of state?
在黑洞-中子星双星系统生命的最后阶段产生的强大潮汐力可能会严重扭曲，甚至可能破坏恒星。这两种现象都将在发出的引力辐射中留下关于恒星结构的特征。然而，来自中断的信息仅限于非常高的频率，检测器不是很敏感。因此，我们评估是否缺乏潮汐畸变校正的数据分析管道将影响检测的inspiral部分的信号，以及这些是否可能产生信息的状态方程的物质在核密度。使用最近的后牛顿表达式和现实的状态方程来模拟这些情况下，我们发现，点粒子模板是足够的黑洞-中子星吸气双星的检测，与信号的损失低于1%的第二代和第三代探测器。这样的探测也许能够约束特别严格的状态方程，但将无法揭示一个中子星的存在与软状态方程。
2011-03-17 astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing binary neutron star from neutron star-black hole mergers with gravitational waves
两颗中子星合并产生的引力波信号，很难与质量相当的中子星和黑洞混合双星产生的信号区分开来。事实上，这两种双星类型都可以解释引力波信号GW 170817，即使考虑到它的电磁对应辐射。我们提出了一种方法，{既不需要从后inspiral阶段的二进制或电磁对应的信息}，以确定混合双星合并的中子星与低质量黑洞单独使用引力波。这种方法是基于这样一个事实，即可以用引力波测量的某些中子星性质对所有中子星来说是共同的或相似的。例如，所有的中子星共享相同的状态方程，如果后者是强子的，则中子星具有相似的半径。如果一个混合双星被误认为是一个中子星双星，那么推断出的中子星的性质将被错误估计，并在一个低质量双星群体中表现为异常值。我们表明，只要$\sim 5$低质量的事件将允许识别的类型的一个事件在$80\%$的置信水平。我们模拟人口的低质量的二进制与分层混合模型，并表明，我们可以限制混合二进制的存在或测量其丰度相对于中子星二进制$\sim 0.1$在$68\%$可信水平与100个事件。
2020-04-22 astro-ph.HE gr-qc
Accretion onto black holes inside neutron stars with piecewise-polytropic equations of state: analytic and numerical treatments
我们考虑球对称吸积到一个小的，可能是原始的，黑洞居住在一个中子星的中心由冷核物质状态方程（EOS）。我们推广的相对论邦迪解决方案，近似分段多面体，从而获得稳态物质的配置文件和吸积率的解析表达式。我们将这些速率与随时间变化的广义相对论流体动力学模拟弛豫后发现的速率进行了比较，并找到了很好的一致性。我们考虑了几个不同的候选EOS，中子星的质量和中心密度，发现吸积率变化不大，导致吸积率主要取决于黑洞的质量，只有微弱的中子星的属性。
2021-12-07 astro-ph.HE gr-qc
Impact of black hole spin on low-mass black hole-neutron star mergers
University of Southampton（南安普顿大学）
研究通过11次全相对论流体模拟，探讨黑洞自转对低质量黑洞-中子星并合中喷流质量及蓝千赫纳发射机制的影响，发现自旋增强的喷流机制可显著扩展可观测电磁信号系统的范围。
2026-04-07 astro-ph.HE gr-qc
Numerical relativity simulations of binary neutron stars
我们提出了一个新的数值相对论代码设计的模拟紧凑的双星涉及的问题。该代码是BAM代码的升级，包括广义相对论流体动力学，并实现了最先进的高分辨率激波捕捉计划的层次网格细化笛卡尔网格与移动框。我们在一系列涉及单个中子星时空的标准实验中测试和验证代码。本文给出了准圆轨道上准平衡等质量无旋中子星双星构型的演化实验，描述了从螺旋上升到合并的晚期阶段。中子星物质被模拟为零温流体，热效应可以通过一个简单的理想气体处方。我们分析的影响，使用不同的值的阻尼参数在伽马驱动器移位条件下的系统的动力学。使用不同的重建方案和它们的影响，在合并后的动态进行了研究。我们计算并描述了系统发出的引力辐射。自收敛的波进行了测试，我们一贯估计误差酒吧的数值生成的波形在inspiral阶段。
2011-08-11 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
Neutrinos in colliding neutron stars and black holes
University of New Hampshire（新罕布什尔大学）
研究中微子在碰撞中子星和黑洞事件中的作用及其对核合成和可观测信号的影响。
2025-01-21 astro-ph.HE gr-qc
Stability and Observability of Magnetic Primordial Black Hole-Neutron Star Collisions
本文研究了带磁荷原初黑洞与中子星碰撞的演化，发现足够大磁荷的黑洞不会吞噬中子星，而是形成准稳定平衡，导致中子星自转周期突变及升温等可观测效应。
2022-09-13 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Gravitational waves from nonspinning black hole-neutron star binaries: dependence on equations of state
本文报道了一个黑洞-中子星双星系统的数值相对论模拟结果。我们特别关注的引力波形在合并阶段的EOSs的依赖。初始条件是在移动穿刺框架下计算的，假设黑洞是非旋转的，中子星具有无旋速度场。对于二进制的小质量比（例如，MBH/MNS = 2，其中MBH和MNS分别是黑洞和中子星的质量），中子星在被黑洞吞噬之前被潮汐破坏，而与EOS无关。特别是对于不太致密的中子星，潮汐破裂发生在更远的轨道上。潮汐扰动反映在引力波谱的截止频率上，超过该截止频率，谱振幅呈指数下降。发现引力波谱的截止频率与中子星的致密性之间存在明显的关系。这种关系也弱依赖于中子星核区的状态方程的刚度，这表明引力波形不仅反映了致密性，而且还反映了高密度状态方程。合并后形成的盘的质量显示出与EOS类似的相关性，而残留的黑洞的自旋主要取决于双星的质量比，只有微弱的EOS。分析了残余盘的性质。
2011-08-05 astro-ph.HE gr-qc
Multimessenger signals from black hole-neutron star mergers without significant tidal disruption
我们利用电阻磁流体力学和完全广义相对论研究了黑洞与磁化中子星合并产生的多信使信号。我们专注于5：1的质量比的情况下，只有少量的中子星物质仍然合并后，但我们仍然发现，显着的电磁辐射可以由中子星的磁层与黑洞的相互作用。在合并的过程中，来自内旋的磁场线的强烈扭曲导致等离子体团发射，并导致亮度超过单极感应的预期。我们发现，最强的发射发生在合并后不久，在一个短暂的时期，其中形成的磁环和逃逸的中心区域。剩余的磁场在消散之前围绕残余黑洞的自旋轴准直，这表明，在更有利的情况下（更高的黑洞自旋/更低的质量比），更大的吸积盘，会形成喷流。
2021-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Complex orbital dynamics of a double neutron star system revolving around a massive black hole
研究了包含双中子星系统的分层三体系统围绕大质量黑洞的轨道动力学。由于双中子星系统中的中子星轨道与双中子星系统围绕黑洞的轨道之间的相对论耦合，这些系统表现出复杂的动力学行为。中子星相互环绕的轨道运动驱动了一个环质量流，这就产生了重力磁。一般来说，重力磁性涉及旋转的黑洞。我们所考虑的等级三体系统是一种不寻常的情况，其中不需要黑洞旋转。利用引力电磁方程，计算了双中子星系统的轨道岁差和章动。这些岁差和章动效应是可观测的，因此提供了对黑洞周围时空的探测，以及在广义相对论框架内对引力电磁学的检验。
2013-01-14 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Aligned spin neutron star-black hole mergers: a gravitational waveform amplitude model
黑洞与中子星并合时发出的引力辐射与两个黑洞在中子星未被潮汐扰动时的辐射非常相似。当潮汐破裂发生时，重力波形可以大致分为两组，这取决于破裂物质的空间范围。扩展我们中的一些人以前的工作，在这里，我们提出了一个唯象模型的引力波振幅在频域中包含三种可能的结果合并：没有潮汐中断，“温和”和“强”潮汐中断。该模型被校准到134个广义相对论数值模拟的二进制的黑洞自旋是对齐或反对齐的轨道角动量。所有的模拟使用SACRA代码和分段多方中子星状态方程。本模型可用于确定黑洞的二元波形是足够的引力波探测，提取信息的状态方程从未来的引力波观测，以获得更准确的估计黑洞-中子星合并事件率，并确定这些系统的条件下，这些系统是可信的候选人作为中央引擎的伽马射线暴，macronovae和kilonovae。
2015-09-01 astro-ph.HE gr-qc
Extracting equation of state parameters from black hole-neutron star mergers. I. Nonspinning black holes
黑洞-中子星（BHNS）系统的晚期螺旋、合并和衰荡可以提供有关中子星状态方程（EOS）的信息。候选EOS可以近似为一个参数化的分段多变EOS以上的核密度，匹配到一个固定的低密度EOS，我们报告的结果从一个大的BHNS螺旋模拟系统地改变两个参数。为了在模拟的准确性，我们发现，除了中子星质量，一个单一的物理参数λ，描述其变形性，可以提取从后期的螺旋，合并，和振铃波形。这个参数与中子星的半径、质量和l=2勒夫数k_2的关系为λ = 2 k_2 R^5/3 M_{NS} ^[5]，它也是决定在早期螺旋中偏离点粒子动力学的参数。因此，从BHNS螺旋观测到的引力波将状态方程限制在参数空间中常数λ的表面上，并因测量误差而变厚。使用单个高级LIGO探测器的各种配置，我们发现中子星可以与相同质量的黑洞区分开来，并且在距离为100 Mpc的质量比为Q=2和3的单个事件中可以以10-40%的精度提取λ ^{1/5}或等效R，而使用拟议的爱因斯坦望远镜，EOS参数的提取精度可以提高一个数量级。
2011-09-15 astro-ph.HE gr-qc
