Electromagnetic fields in compact binaries: a post-Newtonian approach
本文构建纳入恒星完整电磁结构并具体化到偶极阶的有效作用量，在2PN阶计算一般电、磁偶极子的加速度与Noether量，证明磁场对双白矮星轨道频率、能量和角动量有显著影响。
2023-05-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Gravitational-wave emission in shift-symmetric Horndeski theories
超越广义相对论的引力理论通常预测致密星双星的偶极引力辐射。这种发射来源于依赖于恒星致密性的“敏感性”参数。我们介绍了一个一般的形式主义来计算这些参数，并表明，在移位对称Horndeski理论恒星的敏感性和偶极辐射消失，只要二进制的动力学是微扰（即后牛顿形式主义是适用的）和宇宙膨胀效应可以忽略不计。这允许再现观测到的双星脉冲星轨道衰变。
2015-11-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
General-relativistic treatment of tidal $g$-mode resonances in coalescing binaries of neutron stars. I. Theoretical framework and crust breaking
在中子星双星合并的最后阶段，恒星的准正常模可以被潮汐场共振激发。如果由激发模式施加的应变超过地壳可以线性响应的程度，则可能发生局部地壳破坏。在这项工作中，我们重新研究相对论性中子星在最后$\sim$ 10秒内的共振$g$模式激发。我们采用现实的状态方程，通过限制从GW 170817，包括第三阶后牛顿项的守恒轨道运动，并采用2.5后牛顿计划的引力反作用。频率调制的模式，由于潮汐场，洛伦兹力，和（慢）旋转也被认为是调查共振激发$g$模式可实现的最大应变。根据状态方程，分层程度，和恒星磁场，我们发现，某些$g$模式的激发可能能够打破地壳合并前几秒钟。
2021-06-30 gr-qc hep-ph
Reading signatures of supermassive binary black holes in pulsar timing array observations
本研究通过改进噪声模型分析EPTA数据，发现引力波背景属性更符合理论预期，支持超大质量双黑洞为其起源，并强调准确噪声模型对推断背景属性的重要性。
2025-09-05 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Accurate time-domain gravitational waveforms for extreme-mass-ratio binaries
该方法大大提高了非齐次Teukolsky方程时域解的精度。将引力波中的能量通量与史瓦西和克尔中圆形赤道轨道的高精度频域结果进行比较，我们发现一致性在1%或更好的范围内，我们相信这可以进一步提高。我们将我们的方法应用于频域计算相对不利的轨道，特别是高偏心率（椭圆和抛物线）的“变焦旋转”轨道，并找到引力波的能量通量，波形和特征应变。
2007-02-07 gr-qc
Modeling Gravitational Wave Modes from the Inspiral of Binaries with Arbitrary Eccentricity
本研究提出后牛顿框架，计算任意偏心率双星旋近引力波的傅里叶振幅，分析各模式贡献并确定最小模式集，为高效建模偏心波形提供理论与工具。
2025-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Radiation from Coalescing Supermassive Black Hole Binaries in a Hierarchical Galaxy Formation Model
我们研究了由宿主星系合并而产生的合并中的超大质量黑洞（SMBH）双星的引力波辐射。我们采用了半解析模型的星系和类星体形成的层次聚类方案的基础上，估计预期的随机引力波背景的振幅，由于鼓舞SMBH二进制和爆发率由于SMBH二进制合并事件。我们发现背景辐射的特征应变振幅为$h_c(f) \sim 10^{-16} (f/1 μ{\rm Hz})^{-2/3}$。背景辐射对总应变幅的贡献主要来自$0<z<1$的SMBH合并事件。我们还发现，未来的天基引力波干涉仪，如计划中的\textit{Laser Interferometer Space Antenna}（{ \sl LISA}）可能会检测到强烈的引力波爆发与合并的SMBH二进制与总质量$M_{\rm tot} < 10^7 M_{\odot}$在$z \gtrsim 2$的速度$ \sim 1.0 {\rm yr}^{-1}$。我们的模型预测，具有较大幅度$h_{\rm burst} \sim 10^{-15}$的爆发信号对应于总质量为$M_{\rm tot} \sim 10^8 M_{\odot}$的大质量SMBH双星在低红移$ z \lesssim 1$下以$ \sim 0.1 {\rm yr}^{-1}$速率的合并事件，而具有较小幅度$h_{\rm burst} \sim 10^{-17}$的爆发信号对应于总质量为$M_{\rm…
2005-02-28 astro-ph gr-qc
Secular dipole-dipole stability of magnetic binaries
本文研究强偶极磁场双星在纯磁偶极相互作用下的长期自转进动，通过轨道平均和磁能最小化确定唯一稳定平衡位形，并给出非平衡解析解，为引力波天文学中的轨道演化分析提供基础。
2023-05-19 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Massive scalar counterpart of gravitational waves in scalarized neutron star binaries
类似于居里温度以下铁磁体的自发磁化，一个中子星（NS），当致密性超过某个临界值时，可能会经历自发标量化，并表现出内部非平凡的标量位形。因此，外部时空发生了变化，出现了一个外部标量场，这随后触发了它的同伴的标量化。动力学的相互作用产生了一种与张量引力波相对应的引力标量。本文利用标量-张量理论证明了双中子星（DNS）和中子星-白矮星（NS-WD）的引力标量对应物具有质量。（1）由外部标量场会聚而产生的引力标量背景场在标度化DNS双星中扮演着引力标量对应物的角色，而类Higgs引力标量势中质量维常数的出现则导致了质量为普朗克标度量级的大质量引力标量对应物的出现;（ii）由于NS和WD的结合能不同而产生的偶极引力标量辐射场在标度化轨道收缩的NS-WD中起着引力标量对应物的作用，其围绕引力标量势的局部和标量能量密度相关的最小值振荡，并获得大约$10^{-21} ev/c^2$量级的质量。
2019-09-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Constraints On The Dynamical Environments Of Supermassive Black-hole Binaries Using Pulsar-timing Arrays
我们介绍了一种技术的引力波分析，高斯过程回归是用来模拟应变谱的随机背景，使用人口合成模拟。这导致了对天体物理参数的直接贝叶斯推断。对于PTAs具体来说，我们插值超大质量黑洞二元环境的参数空间，包括3体恒星散射，和不断变化的轨道偏心率。我们说明了我们的模拟数据的方法，并评估与NANOGrav 9年数据发布类似的数据推断的前景。
2017-05-05 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Multimessenger pulsar timing array constraints on supermassive black hole binaries traced by periodic light curves
发射引力波的超大质量黑洞双星系统可以用周期光变曲线来追踪。我们收集了149个这样的周期性光变曲线的目录，并利用它们的质量，距离和周期，预测了引力波应变和使用全天探测地图的每个候选双星的可探测性。我们发现，国际脉冲星定时阵列（IPTA）提供了几乎均匀的天空覆盖范围-IPTA的独特能力-到2025年，NANOGrav目前的最小可检测应变将提高6倍，其体积将提高216倍。此外，到2025年，IPTA将达到三个候选者的检测灵敏度，到本十年结束时将达到13个候选者，使我们能够限制用于估计SMBH质量的潜在经验关系。我们发现我们实际上已经可以将Mrk 504中双星的质量限制为$M<3.3\times 10^9~M_\odot$。我们还确定了24个大质量高红移星系，根据我们的模型，应该不能够主机SMBHB。重要的是，即使是这些候选者中的一个的GW检测也将是一个基本上永恒的多信使系统，并且从未检测中识别常见的假阳性信号将有助于过滤来自未来大规模调查（例如LSST）的数据。
2021-05-19 astro-ph.GA gr-qc
Black Hole Binaries in Cubic Horndeski Theories
我们研究黑洞二进制合并在某些立方Horndeski引力理论，对待他们完全非线性。在有效场论的有效范围内，Horndeski和广义相对论（耦合到标量场）之间的引力波应变的失配可以大到高级LIGO质量范围内的$10-13\%$。选择初始数据和耦合常数，使得理论在整个演化过程中保持在弱耦合状态。在我们探索的所有情况下，我们观察到Horndeski理论中的波形被移动了一个比控制初始数据的小参数大得多的量。这种效应是普遍的，可能存在于其他涉及高阶导数的引力理论中。
2022-02-21 gr-qc hep-th
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
Stochastic Gravitational Wave Background and Eccentric Stellar Compact Binaries
大量的宇宙致密双星产生的引力波辐射形成了一个随机的引力波背景，有望被地面和空间引力波探测器探测到。理论预测的GWB大多是通过假设或者是圆形的双星和/或一个特定的通道的二进制形成，这可能有一些不确定性。在本文中，我们估计的GWB和它的频谱，通过使用简单的模型形成的恒星质量的双黑洞（sBBHs）和双中子星（BNS）。我们认为，动力起源的sBBH有相对较大的质量和较高的偏心率相比，从场双星和GWB光谱的可能影响。我们发现，GWB频谱可能有一个营业额在低频（激光干涉仪空间天线; LISA）带，并可能更好地描述了一个破碎的双幂律比一个单一的幂律与唯一的索引$2/3$，和低频斜率取决于动态起源sBBHs的意义与高偏心率。我们进一步生成sBBH和BNS的模拟样本，并在时域中模拟GWB应变。结果表明，利用LISA/Taiji/TianQin的信噪比（SNR）$5$和LIGO的信噪比（SNR）$\gtrsim3$可以探测到GWB。此外，我们估计在$5$ -年的观测中，LISA/太极/天琴在SNR $\gtrsim8$下可单独检测到的sBBH数量为$\sim5$ - $221$/$7$ - $365$ / $3$ - $223$。
2020-09-03 astro-ph.HE gr-qc
Multi-Messenger Constraints on Magnetic Fields in Merging Black Hole-Neutron Star Binaries
LIGO-Virgo-KAGRA合作组最近探测到来自黑洞-中子星（BHNS）双星系统GW 200105和GW 200115合并的引力波（GW）。未检测到符合的电磁（EM）对应物。虽然在这两个系统的质量比和BH自旋不足以潮汐中断的BH事件视界外的NS，其他的，电磁辐射的磁层机制存在于这个制度，并敏感地依赖于NS的磁场强度。结合GW的测量与EM通量上限，我们把上限的NS表面磁场强度以上的磁层发射模型会产生一个可观察到的EM对应。我们考虑由黑洞电池机制供电的火球模型，其中能量以伽马射线的形式输出超过$\lesssim1$ ~秒。Fermi-GBM或INTEGRAL SPI-ACS未检测到的一致性将NS表面磁场限制为$\lesssim10^{15}$ ~G。因此，联合GW检测和EM上限排除了理论上的可能性，即GW 200105和GW 200115中的NS以及GW 190814中的假定NS保留$\gtrsim10^{15}$ ~G偶极磁场直到合并。他们还排除了强磁化磁星快速与BH合并的形成场景。我们也可以排除BH电池供电的火球机制在这些系统中的操作。这是BHNS系统中NS磁场的第一个多信使约束，也是NS演化中探测场的一种新方法。这表明了约束力，BHNS合并的多信使分析BHNS形成的情况下，在NS的磁场演化，和BHNS磁层相互作用的物理。
2021-12-03 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from cosmological compact binaries
我们考虑在宇宙学距离上由不同的致密双星群体发射的引力波。利用粒子数合成模型研究了双中子星、双黑洞和双白矮星双星以及白矮星-中子星、白矮星-黑洞和黑洞-中子星系统的性质。我们利用观测确定的宇宙恒星形成历史来重建这些源的红移分布和它们的合并速率演化。每个源在其早期螺旋相位期间发射的重力信号随机相加，以产生低频带中的随机背景，其频谱应变幅度在10^{-18} Hz^{-1/2}和5 10^{-17} Hz^{-1/2}之间，频率在[5 10^{-6}-5 10^{-5}] Hz范围内。在10^{-4}Hz以上的频率处，主要由双白矮星系统支配的整个信号可以用LISA在[1-10] mHz的频率范围内检测到，并且充当混淆限制噪声分量，其可以限制LISA在1 mHz以上的频率处的灵敏度。
2000-02-02 astro-ph gr-qc
An efficient pipeline for joint gravitational wave searches from individual binaries and a gravitational wave background with Hamiltonian sampling
提出一种基于哈密顿蒙特卡洛采样的高效流程，用于联合搜索单个超大质量黑洞双星和引力波背景，在模拟数据上实现准确参数估计，并将NANOGrav 12.5年数据集的分析次数从72次减至1次。
2024-07-15 astro-ph.IM 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
Exploring realistic nanohertz gravitational-wave backgrounds
数以亿计的超大质量黑洞双星预计将有助于在纳赫兹频段的引力波信号。它们的信号通常近似为具有幂律谱的各向同性高斯随机背景，或者近似为对应于最亮二进制的单个源。实际上，信号最好描述为随机背景和单独建模的几个最亮二进制的组合。我们提出了一种方法，使用这种方法来有效地创建现实的脉冲星定时阵列数据集，使用合成目录的二进制的基础上的插图宇宙流体动力学模拟。我们探索了这些现实背景的三种不同性质，这有助于将它们与早期宇宙中形成的背景区分开来：i）它们的特征应变谱; ii）它们的统计各向同性; iii）它们的空间相关性的方差。我们还研究了如何从一个随机背景的混淆噪声的存在影响检测前景的个别二进制文件。我们基于NANOGrav 12.5年数据集扩展到15年的时间跨度，计算了模拟脉冲星计时阵列在不同实现中最亮双星的信噪比。我们发现，$\sim$ 6%的实现产生的系统的信噪比大于5，这表明个别系统可能很快被检测到（分数增加到$\sim$ 41%，在20年）。这些可以被视为对即将到来的NANOGrav 15年数据集的悲观预测，因为它不包括潜在改进的定时解决方案和新添加的卫星的影响。
2022-12-19 astro-ph.HE gr-qc
Signals for Lorentz violation in gravitational waves
研究了引力波中的洛伦兹破坏。构造了线性化引力场中任意规范不变破坏的平面波解。洛伦兹破坏的特征包括色散、双折射和各向异性。修正波合并紧凑的双星和应变信号的引力波探测器的推导。
2019-05-01 gr-qc hep-ph
Adiabatic tides in compact binaries on quasi-elliptic orbits: Radiation at the second-and-a-half relative post-Newtonian order
Departament de Física, Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学物理系）
本文研究了紧凑二体在准椭圆轨道上的绝热潮汐效应，计算了第二和半相对后牛顿阶的引力辐射，探讨了轨道参数的 secular 进化及相位差的检测可能性。
2026-02-13 gr-qc
Fast frequency-domain gravitational waveforms for precessing binaries with a new twist
本文提出 PhenomX 频域进动引力波形的新“扭转”映射描述，通过实时数值求解自旋进动动力学并改进应变幅度，提升与数值相对论的匹配度且计算开销有限，可用于更严格的参数估计。
2024-12-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Simultaneous bounds on the gravitational dipole radiation and varying gravitational constant from compact binary inspirals
致密双星是一类重要的引力波源，可以被当前和未来的引力波观测站探测到。它们为广义相对论（GR）在高动态强场领域提供了一个试验平台。在这里，我们使用GWs从吸入的双中子星和双黑洞研究偶极引力辐射（DGR）和变化的引力常量预测的替代理论GR，如标量张量引力。在参数化的后爱因斯坦框架内，我们将这两种效应同时参数化到紧双星的内旋波形中，并进行Fisher信息矩阵分析来估计它们的同时界。一般来说，天基GW探测器可以给出比地基GW探测器更严格的限制。当GW事件的聚结时间接近天基探测器的寿命时，最严格的约束可以达到DGR参数$B$的$σ_B<3\times10^{-11}$和变化的$G$的$σ_{\dot{G}}/G < 7\times10^{-9} \, {\rm yr}^{-1} $。此外，我们分析了这两种效应之间的相关性，并强调了考虑这两种效应的重要性，以达到更现实的结果。
2022-08-25 astro-ph.HE gr-qc
Sensitivity of Weak Lensing Surveys to Gravitational Waves from Inspiraling Supermassive Black Hole Binaries
University of Southern California（南加州大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文探讨了弱引力透镜调查对纳赫兹到微赫兹频率范围内由 inspiraling 超大质量黑洞双星发射的引力波的灵敏度，结合脉冲星计时阵列与空间干涉仪，提出了基于引力波诱导剪切畸变的信号噪声框架，评估了有效星系人口对噪声功率谱密度的影响，并推导了特征应变灵敏度曲线。
2026-05-12 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Upper limits on microhertz gravitational waves from supermassive black-hole binaries using PSR J1909-3744 data from the second IPTA data release
Xinjiang Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院新疆天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Institute of Optoelectronic Technology, Lishui University（丽水学院光电技术研究所）
利用IPTA第二数据发布对PSR J1909-3744的观测，提高了对超大质量黑洞双星微赫兹引力波的限制。
2026-01-15 astro-ph.HE gr-qc
Decihertz gravitational waves from double white dwarf merger remnants
双白矮星（DWD）的近距离双星通过发射引力波（GW）螺旋上升并合并。其中一些双星的轨道运动有望被GW的星载激光干涉探测器在低频波段观测到。如果合并后的残骸质量足够大，它们可能会发生热核失控并爆炸成Ia型超新星。作为GW源的残余物迄今为止很少被研究。在这里，我们提出了一个新的机制GW发射DWD合并残留物，可以观察到计划GW探测器在分贝频带。由于合并过程的结果，一个残留物暂时预计会有高度的差异旋转。然后，对于方位角模式速度与恒星自转一致的振荡模式，它是不稳定的。我们解决了差分旋转残留物的特征值问题，并确定不稳定的本征模式，可以归类为惯性模式。对GW的特征应变的估计表明，它们可能在室女室女星系团的距离内被计划中的以分贝波段为目标的引力波观测站探测到。
2020-11-05 astro-ph.HE gr-qc
Projected Constraints on Scalarization with Gravitational Waves from Neutron Star Binaries
某些标量-张量理论具有赋予恒星标量头发的性质，来源于恒星自身的紧密性（自发标量化），或者对于双星系统，来源于伴星的标量头发（诱导标量化）或轨道结合能（动力标量化）。双星系统中的标量化恒星呈现出不同于广义相对论的保守动力学，并且在度规微扰中也可以激发标量模式，带走偶极辐射。因此，双星轨道的收缩速度比广义相对论预测的要快，从而改变了轨道周期的衰减速度。尽管如此，标量-张量理论仍然可以通过现有的脉冲双星测试，因为观测到的脉冲双星可能不够紧凑，或者没有足够的轨道约束来激活标量化。因此，在致密双星吸气的最后阶段发射的引力波是标量化效应的理想探测器。对于先进的LIGO的标准投影灵敏度，我们在这里表明，如果中子星足够紧凑，进入探测器的灵敏度带已经标度化，然后引力波可以放置约束至少可比的二元双星。如果恒星在带内吸气时动态标量化，那么只要标量化在吸气中足够早地发生，大约低于50 Hz的轨道频率，限制仍然是可能的。在进行这些研究，我们得出一个易于计算的数据分析措施，一个综合的相位差之间的广义相对论和修改后的信号，直接映射到贝叶斯因子，以确定是否修改后的重力效应是可检测的。最后，我们发现，定制的模板是同样有效的模型无关，参数化后爱因斯坦波形在检测这种修改后的重力效应在现实的信噪比。
2014-11-28 gr-qc
Evolution Of Massive Black Hole Binaries In Rotating Stellar Nuclei: Implications For Gravitational Wave Detection
本文计算了星系核中双星超大质量黑洞产生的各向同性引力波背景。在我们的模型中，大质量双星在早期通过与附近恒星的引力弹弓相互作用而演化，在后期通过GWs的发射而演化。我们对“恒星”状态下双星硬化速率的表达式取自Vasiliev等人最近的工作，他们指出，在预计通过合并形成的非轴对称星系中，恒星以足够高的速率被供应到中心，以确保在Gyr时间尺度上的双星合并。我们还首次包括了与双星轨道平面演化相关的额外自由度;在旋转核中，与恒星的相互作用导致大质量双星的方向和偏心率同时改变，在某些情况下，在双星进入GW主导的区域之前，导致非常高的偏心率（e>0.9）。我们认为，以前的研究高估了SBH质量的平均比率星系核球质量的2 - 3倍。在频率制度目前可访问的脉冲星定时阵列（PTA），我们的假设意味着一个因素2 - 3减少的特征应变相比，在最近的研究中计算的值，消除了目前存在的模型预测和非检测GWs之间的紧张局势。
2017-05-02 astro-ph.GA gr-qc
Gravitational Waves with Orbital Angular Momentum
像在GW150914中观测到的黑洞双星系统这样的紧凑轨道双星携带大量的轨道角动量。这种双星合并后形成的环缩后致密天体只有自旋角动量，这导致了大的轨道角动量过剩。一个重要的可能性是，系统产生的引力波带走了多余的轨道角动量。对这一超额进行了估计。在论证平面引力波不可能携带任何轨道角动量的基础上，本文提出了一种类似于光束的携带轨道角动量的引力波光束。限制到某些特定的梁配置，我们预测，这样的梁可能会产生一种新型的应变，除了在aLIGO测量的纵向应变GW150914和GW170817。因此，目前在引力波的平面波近似下推导出的对衰荡后自旋的限制有待改进。激光干涉仪检测器（如ALIGO或VIRGO）检测这些额外的菌株可能需要的最小修改也进行了简要讨论。
2020-03-29 gr-qc
End-to-End Population Inference from Gravitational-Wave Strain using Transformers
Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理中心，平顿研究所）；Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth（宇宙学与引力研究所，朴茨茅斯大学）；Nottingham Centre of Gravity & School of Mathematical Sciences, University of Nottingham（引力研究中心与数学科学学院，诺丁汉大学）；ELLIS Institute Tübingen, Max Planck Institute for Intelligent Systems, Tübingen AI Center（蒂宾根ELLIS研究所，马克斯·普朗克智能系统研究所，蒂宾根人工智能中心）；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））
本文提出Dingo-Pop框架，通过Transformer直接从引力波应变数据推断人口后验，实现高效端到端推断，减少蒙特卡洛噪声并提升大规模注入研究能力。
2026-05-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The NANOGrav 11-Year Data Set: Limits on Gravitational Waves from Individual Supermassive Black Hole Binaries
观测表明，几乎所有星系的中心都有超大质量黑洞（SMBH）。当星系合并时，它们的组成黑洞形成SMBH双星（SMBHB），它们发射低频引力波（GW），可以被脉冲星定时阵列（PTA）检测到。我们已经搜索了最近发布的北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav）11年的数据集，从单个SMBHB在圆形轨道上的GW。由于我们没有在我们的数据中找到强有力的证据，我们对来自这些来源的GW强度设置了95%的上限，作为GW频率和天空位置的函数。我们将$h_0 < 7.3(3) \times 10^{-15}$的GW应变的天空平均上限设置为$f_\mathrm{gw}= 8$ nHz。我们还开发了一种技术，以确定一个特定的信号在每个脉冲星的重要性，使用“dropout”参数作为一种方式来识别从个别脉冲星测量的虚假信号。我们使用GW应变的上限来设置到单个SMBHB的距离的下限。在最敏感的天空位置，我们排除了SMBHB发射的GWs与$f_\mathrm{gw}= 8$ nHz在120 Mpc的$\mathcal{M} = 10^9 \, M_\odot$，和5.5 Gpc的$\mathcal{M} = 10^{10} \, M_\odot$。我们还确定，在室女星系团中不存在具有发射GW的$\mathcal{M} > 1.6 \times 10^9 \, M_\odot$的SMBHB。最后，我们估计了潜在的可检…
2019-05-21 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Gravitational waves from quasielliptic compact binaries in scalar-tensor theory to one-and-a-half post-Newtonian order
本研究在无质量标量-张量理论框架下，以1.5PN精度推导近椭圆致密双星的轨道平均能量、角动量通量及轨道要素长期演化，实现三项技术突破，并修正了广义相对论中2.5PN阶角动量记忆积分的伪发散问题。
2025-07-30 gr-qc hep-th
Gravitational Waves from Supermassive Black Hole Coalescence in a Hierarchical Galaxy Formation Model
我们研究了由宿主星系合并而产生的合并中的超大质量黑洞（SMBH）双星的引力波辐射。当星系合并时，宿主星系中的SMBH下沉到新合并星系的中心，形成一个双星系统。我们采用了半解析模型的星系和类星体形成的层次聚类方案的基础上，估计的振幅预期的随机引力波背景，由于鼓舞SMBH二进制和爆发由于SMBH二进制合并事件。我们发现，背景辐射的特征应变振幅是$h_c(f) \sim 10^{-16} (f/1 μ{\rm Hz})^{-2/3}$ $f \lesssim 1 μ{\rm Hz}$略低于检测限的脉冲星定时测量提供SMBHs合并时，同时主机星系合并。背景辐射对总应变幅的贡献主要来自$0<z<1$的SMBH合并事件。我们还发现，未来的天基引力波干涉仪，如计划中的\textit{Laser Interferometer Space Antenna}（{ \sl LISA}）可能会检测到强烈的引力波爆发与合并的SMBH二进制与总质量$M_{\rm tot} < 10^7 M_{\odot}$在$z \gtrsim 2$的速度$ \sim 1.0 {\rm yr}^{-1}$。我们的模型预测，具有较大幅度$h_{\rm burst} \sim 10^{-15}$的爆发信号对应于总质量为$M_{\rm tot} \sim 10^8 M_{\odot}$的大质量SMBH双星在低红移$ z \less…
2004-07-15 astro-ph gr-qc
P-stars in the gravitational wave era
P星是我们很早以前提出的色磁凝聚体中的上夸克和下夸克组成的相对论性致密星。P星不允许临界质量，因此它们能够克服引力坍缩而形成黑洞。在这项工作中，我们将更详细地讨论我们对P星的理论建议。我们指出，我们的理论，紧凑的相对论性恒星源于我们自己的理解，由广泛的非微扰数值模拟的量子色动学的晶格支持的封闭量子真空。我们比较了我们的建议所产生的约束条件，从最近的观测大质量恒星，引力事件GW 170817和精确测定PSR J 0030 +0451的质量和半径从NICER数据。我们认为，核心坍缩的超新星可能会产生一个P星，而不是一个中子星。在这种情况下，我们表明，P-星的诞生可以解决超新星爆炸的问题，导致成功的超新星爆炸的总能量高达$10^{53}$尔格。我们批判性地比较P-星与引力波事件GW 170817和随后的电磁后续，短伽马射线暴GRB 170817 A和千诺瓦AT 2017 gfo。我们还对质量为$M_1 \simeq M_2 \simeq 30 \; M_{\odot}$的P型并合双星的引力波辐射进行了探索性研究。我们试图与引力波事件GW 150914进行定性比较。我们发现大质量P星双星的引力波应变幅度可以模拟合并黑洞双星的环缩引力波发射。我们指出，一个明确的签名，大规模的P-星将是检测摆动频率的引力波应变振幅在合并后的阶段，两个合并的大规模紧凑的对象与不平等的质量。
2020-11-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Crudely Estimated Maximum Mass for a Cosmological Black Hole
该研究通过N体模拟结合引力辐射，估算出等质量超大质量黑洞双星的并合质量上限约为$1.4\times 10^{14} M_\bigodot$，推测这是当前宇宙黑洞质量的极粗略上限。
2026-08-28 gr-qc hep-th
Gravitational waves from Sco X-1: A comparison of search methods and prospects for detection with advanced detectors
低质量X射线双星天蝎座X-1（Sco X-1）可能是LIGO和Virgo等干涉仪最明亮的连续引力波辐射源。对于低质量的X射线双星，这种辐射将通过其双星伴星的物质的主动吸积来维持。随着先进探测器时代的快速到来，我们正在开发一系列强大的工具，以最大限度地发挥Sco X-1的科学和探测潜力。我们描述了一个项目的计划和进展，旨在比较目前可用的众多独立的搜索算法。我们采用了模拟数据的挑战，在其中的搜索管道进行测试，其相对proficiency参数估计，计算效率，鲁棒性，最重要的是，搜索灵敏度。模拟数据挑战数据包含50个Scorpius X-1（Sco X-1）型信号的集合，在50-1500 Hz的频带内模拟。假设Advanced LIGO和Advanced VIRGO的预期最佳应变灵敏度（$4 \times 10^{-24}$ Hz $^{-1/2}$），生成模拟探测器噪声。然后选择信号幅度的分布，以便对搜索方法进行有用的比较。在$6.8 \times 10^{-26}$应变下，应变中的因子2将最安静的检测信号与300 Hz旋转频率下的扭矩平衡极限分开，尽管该极限的范围可以从$1.2 \times 10^{-25}$（25 Hz）到$2.2 \times 10^{-26}$（750 Hz），这取决于Sco X-1的未知频率。随着未来对搜索算法的改进和使用先进的探测器数据，我们对探测低于理论扭…
2015-04-22 astro-ph.HE gr-qc
Searches for continuous gravitational waves from Scorpius X-1 and XTE J1751-305 in LIGO's sixth science run
天蝎座X-1（Sco X-1）和X射线瞬变（XTE）J1751-305是低质量X射线双星（LMXB），它们可能会发射连续的引力波，在地基干涉观测仪的波段内可以检测到。LMXB中的中子星可以达到一个扭矩平衡的稳态平衡，其中来自双星伴星的下落物质的角动量增加被角动量损失所平衡，可以想象是由于引力波发射。扭矩平衡预测了一个规模的可检测的引力波应变的基础上观察到的X射线通量。本文描述了基于在频域中搜索轨道调制，使用TwoSpect算法在LIGO Science Run 6数据中搜索Sco X-1和XTE J1751-305。虽然没有探测到，但获得了Sco X-1连续引力波发射的上限，跨越40至2040 Hz的引力波频率和0.90至1.98光秒的投影半长轴。这些上限是经过注入验证的，等于初始LIGO数据中的任何先前设置，并在更广泛的参数范围内扩展。在最佳应变灵敏度下，在165 Hz下实现，无量纲应变$h_0$的95%置信水平随机极化上限约为$1.8 \times 10^{-24}$。最接近扭矩平衡极限的频率也是165 Hz，其系数在27以内。这些是迄今为止已知的关于来自该XTE源的$r$模式发射的第一个上限。对于J1751-305，在感兴趣的特定窄频带中设置上限。TwoSpect方法将用于即将进行的高级LIGO和Virgo数据搜索。
2017-02-23 astro-ph.HE gr-qc
The hangup effect in unequal mass binary black hole mergers and further studies of their gravitational radiation and remnant properties
我们提出了74个新的非旋进自旋黑洞二进制的模拟结果与质量比$q=m_1/m_2$的范围$1/7\leq q\leq1$和个人的自旋覆盖的参数空间$-0.95\leqα_{1,2}\leq0.95$与一个运行的自旋$\pm0.95$。我们补充这些运行与107个以前的模拟研究的挂起效应在黑洞合并，即延迟或即时合并的旋转孔相对于非旋转双星。我们执行的数值演化，通常是最后十个轨道合并前，到最后的残余黑洞的形成。这使我们能够研究不等质量双星的悬挂效应，从而确定控制合并前轨道数的自旋变量为$\vec{S}_{hu}\cdot{\hat{L}},$，其中$\vec{S}_{hu}=(1+\frac12\frac{m_2}{m_1})\vec{S}_1+(1+\frac12\frac{m_1}{m_2})\vec{S}_2$。结合这181次模拟的全部结果，得到了改进的最终黑洞质量、自旋和反冲速度以及引力应变的峰值亮度和峰值频率的拟合公式，并发现了它们之间新的关联。这种精确的新的一组模拟增加了可用于引力波观测参数估计的可用数值相对论波形的数量。
2018-01-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
An estimate of the stochastic gravitational wave background from the MassiveBlackII simulation
超大质量黑洞双星的人口预计将产生一个随机引力波背景（SGWB）的脉冲星定时阵列（PTA）的频率范围为$10^{-9}$- $10^{-7}$ Hz。探测这种信号是当前的观测目标，因此对其特征的预测具有重要意义。在这项工作中，我们使用超大质量黑洞二进制合并从MassiveBlackII模拟估计的随机背景的特征应变。我们研究了一个引力波驱动的二元演化模型和一个模型，其中还包括恒星散射和一个circumbinary气盘的影响。结果与PTA上限一致，与文献中的估计值相似。在引力波驱动和恒星散射/气体盘的情况下，发现在$1 yr^{-1}$参考频率处的特征应变分别为$A_{yr^{-1}} = 6.9 \times 10^{-16}$和$A_{yr^{-1}} = 6.4 \times 10^{-16}$。使用后一种方法，我们的模型表明，SGWB是温和的抑制相比，纯粹的引力波驱动模型的频率内的PTA频带降低。
2022-02-11 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Waveform models for the gravitational-wave memory effect: II. Time-domain and frequency-domain models for nonspinning binaries
本文提出非自转双黑洞合并的时域和频域波形模型，用于检测引力波记忆效应。
2025-11-26 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Simulation-based population inference of LISA's Galactic binaries: Bypassing the global fit
SISSA（的里雅斯特国际高等研究学院）；INFN Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究院的里雅斯特分部）；IFPU - Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Artemis（蔚蓝海岸大学、蔚蓝海岸天文台）；Astroparticule et Cosmologie, CNRS, Université Paris Cité（天体粒子与宇宙学实验室，巴黎西岱大学）；Department of Physics, Imperial College London（伦敦帝国理工学院物理系）；Italian Research Center on High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing（意大利高性能计算、大数据和量子计算研究中心）
本文提出了一种基于模拟的方法，通过直接分析LISA的频率应变序列推断银河双白矮星的人口参数，无需传统全局拟合。
2026-01-08 astro-ph.GA gr-qc stat.ML
The NANOGrav 15-year Data Set: Bayesian Limits on Gravitational Waves from Individual Supermassive Black Hole Binaries
本研究利用NANOGrav 15年数据集搜寻单个超大质量黑洞双星引力波，引入新技术提升分析效率与精度，未发现确凿信号，最终给出此类系统引力波应变振幅的贝叶斯上限。
2023-06-28 astro-ph.HE gr-qc
Detection of Gravitational Wave Signals from Precessing Binary Black Hole Systems using Convolutional Neural Network
本文提出使用卷积神经网络（CNN）通过层次化二分类方法探测双黑洞引力波信号，实现了超99%的噪声与信号区分率及约95%的对齐与进动自旋信号区分率。
2024-07-25 gr-qc
Subtraction of the confusion foreground and parameter uncertainty of resolvable galactic binaries on the networks of space-based gravitational-wave detectors
本文模拟银河系双星前景混淆，评估LISA、太极、天琴及其组合网络扣除可分辨双星的能力，发现增加探测器数量可优化灵敏度并降低参数不确定性，且电磁探测能显著提升引力波参数测量精度，促进多信使天文学。
2023-12-21 astro-ph.IM gr-qc
NANOGrav Limits on Gravitational Waves from Individual Supermassive Black Hole Binaries in Circular Orbits
北美纳赫兹引力波观测站（NANOGrav）项目目前使用绿岸和阿雷西博射电望远镜观测43颗恒星。在这项工作中，我们使用了一个子集的17个时间跨度约为五年（2005- 2010年）。我们分析这些数据使用标准的脉冲星定时模型，增加了随时间变化的分散措施和频率变化的脉冲形状条款。在时间数据，我们执行的搜索连续引力波从个人超大质量黑洞二进制的圆形轨道使用强大的频率论和贝叶斯技术。我们发现，没有证据表明存在可探测的连续引力波;然而，我们可以使用这些数据来确定迄今为止这种引力波强度的最大限制。使用完整的17个脉冲星数据集，我们在10 nHz的频率下对$h_0\lesssim 3.8\times 10^{-14}$的天空平均应变振幅设置了95%的上限。此外，我们对此类引力波的亮度距离设置了95%的\emph{all sky}下限，发现频率为10 nHz且啁啾质量为$10^{10}{\rm M}_{\odot}$的源的$d_L \gtrsim 425$ Mpc。我们发现，在我们的最佳定时脉冲星附近的引力波在天空中，脉冲星定时阵列的灵敏度增加了$\sim$ 4倍以上的天空平均灵敏度。最后，我们对质量最大的超大质量黑洞双星的合并速率进行了限制。
2014-05-20 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Numerical calculations of neutron star mountains supported by crustal lattice pressure
Mathematical Sciences and STAG Research Centre, University of Southampton（南安普顿大学数学科学与STAG研究中心）
本文研究中子星山的形成机制，通过弹性应变驱动热梯度产生温度不对称性，并利用实测方程状态进行自洽计算，探讨其对低质量X射线双星自转平衡及引力波辐射的影响。
2026-10-27 astro-ph.HE gr-qc
Binary Systems as Resonance Detectors for Gravitational Waves
适当频率的引力波可以与双星系统发生共振相互作用，导致其轨道发生变化。随机引力波背景导致双星的轨道要素执行经典的随机行走，轨道要素的方差随时间增长。因此，在长时间尺度上以高精度监测的双星中缺乏这种随机游走，可以用来确定引力波背景的上限。利用Hulse-Taylor双星脉冲星30年的近星点时间数据，我们得到了在10^（-4）Hz处h_c < 7.9*10^（-14）的界，其中h_c是每对数频率间隔的应变振幅。我们的限制补充了脉冲星定时阵列的限制，脉冲星定时阵列探测的频率要低得多，地面引力波观测探测的频率要高得多。在我们的频带，其中重叠的建议的空间为基础的天文台的低灵敏度的频率，有趣的来源，包括白矮星/超大质量黑洞二进制在早期/后期阶段的inspiral，和TeV规模的预热或相变。该界限随着（时间跨度）^（-2）和（采样率）^（-1/2）而提高。在未来十年中，通过适当的观测活动，Hulse-Taylor约束可以改进到~3.8*10^（-15）。我们的方法也可以应用到其他的二进制文件，包括（适当的照顾）的地月系统，以获得在不同的频率约束。用SKA观测附加双星，灵敏度可达h_c ~ 3*10^（-17）。
2013-03-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection of Gravitational memory effect in LISA using triggers from ground-based detectors
本文提出利用地面探测器事件目录在LISA数据中搜索引力记忆效应，通过相干叠加提升信噪比，估算表明LISA十年任务期内有望探测到该效应。
2023-02-09 gr-qc physics.data-an
Gravitational waves in massive gravity theories: waveforms, fluxes and constraints from extreme-mass-ratio mergers
引力子是无质量的吗？在文献中，这个问题在现象学水平上得到了解决，在平坦空间的线性计算中，使用了修正的引力波色散关系。在这里，我们进行了详细的分析时，一个小粒子陷入或吸入到一个大的非旋转黑洞的引力波形。我们的结果大概也能描述黑洞的引力坍缩和超新星等爆炸事件。在大质量引力子和屏蔽理论的背景下，合并距离$1\,{\rm Gpc}$远的物体或附近星系中坍缩的恒星可以用来限制引力子的质量小于$\sim 10^{-23}\,{\rm eV}$，使用低频探测器。我们的研究结果表明，从黑洞双星偶极引力波的缺乏可能被用来完全排除这样的理论。
2018-11-19 gr-qc
Gravitational Wave Detection with Atom Interferometry
我们提出了两个不同的原子干涉仪引力波探测器，一个地面和另一个卫星为基础，利用斯坦福大学$10 \text{m}$原子干涉仪目前正在建设的核心技术。地面实验可以在1 Hz - 10 Hz波段内以应变灵敏度$ \sim \frac{10^{-19}}{\sqrt{\text{Hz}}}$运行，LIGO无法到达，并且可以检测太阳质量双星的引力波，以百万秒差距的距离。卫星实验探测与LISA相同的频谱，具有更好的应变灵敏度$ \sim \frac{10^{-20}}{\sqrt{\text{Hz}}}$。每种配置都比较了两个使用普通激光器运行的相距很远的原子干涉仪。引力波对传播激光场的影响在这种配置中产生主要效应，并且使得引力波信号能够大幅增强，同时显著抑制许多背景。使用弹道原子（而不是镜子）作为惯性测试质量，改善了来自振动和加速度噪声的系统，并降低了航天器的控制要求。
2009-06-22 astro-ph gr-qc hep-ph
The NANOGrav 12.5-year Data Set: Bayesian Limits on Gravitational Waves from Individual Supermassive Black Hole Binaries
本研究利用NANOGrav 12.5年数据集搜寻单个超大质量黑洞双星的连续引力波，通过新方法建模脉冲星距离不确定性和红噪声，未发现信号但给出了应变振幅和啁啾质量的95%上限。
2023-06-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
An Atomic Gravitational Wave Interferometric Sensor (AGIS)
我们提出了两个不同的原子干涉仪引力波探测器，一个地面和另一个卫星为基础，利用斯坦福大学10米原子干涉仪的核心技术，目前正在建设中。每种配置都比较了两个使用普通激光器运行的相距很远的原子干涉仪。信号与干涉仪之间的距离成比例，干涉仪之间的距离可能很大，因为只有光穿过这个距离，而不是原子。基线约为1公里的地面实验可以在1 Hz - 10 Hz波段内以约10^（-19）/ Hz^（1/2）的应变灵敏度运行，LIGO无法到达，并且可以探测到太阳质量双星的引力波，距离为百万秒差距。基线约1000 km的卫星实验可以探测与LISA相同的频谱，应变灵敏度约为10^（-20）/ Hz^（1/2）。使用弹道原子（而不是镜子）作为惯性测试质量，改善了来自振动，加速度噪声的系统，并显着降低了航天器的控制要求。我们分析了这种配置的背景，并讨论了将其控制到所需水平的方法。
2009-01-06 astro-ph gr-qc hep-ph
Post-merger gravitational-wave signal from neutron-star binaries: a new look at an old problem
本文利用Weyl标量重新分析中子星双星并合后引力波信号，发现新瞬时频率并改进并合频率关系，指出高阶模式在长时标下可被探测。
2023-10-16 gr-qc
Solid-state gravitational-wave detectors at GHz frequencies: the search for the primordial stochastic GW background and light primordial black hole binaries
Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）
研究GHz频率下固态引力波探测器，用于寻找原初随机引力波背景和轻原初黑洞双星合并。提出用超纯蓝宝石单晶模块化阵列，对比候选材料，阐述针对不同目标的搜索方法，该探测器可积分连续GW信号，为相关研究提供新途径。
2026-07-16 astro-ph.CO gr-qc
