Properties and merger signatures of galaxies hosting LISA coalescing massive black hole binaries
本文利用L-Galaxies和Millennium-II模拟研究LISA大质量黑洞双星宿主星系性质,发现其与普通低质量星系难以区分,并合特征亦非可靠判据,强调电磁暂现源探测对精确定位宿主星系至关重要。
2023-05-25 astro-ph.GA
LISA double white dwarf binaries as Galactic accelerometers
University of Maryland(马里兰大学);The Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);West Virginia University(西弗吉尼亚大学);Stanford University(斯坦福大学)
LISA通过双白矮星双星研究银河系加速度对引力波参数估计和物质分布的影响
2026-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Characterization of the stochastic signal originating from compact binaries populations as measured by LISA
激光干涉仪空间天线(LISA)任务计划于21世纪30年代初发射,是一个空间引力波观测站,旨在探测毫赫兹波段的发射源。与目前的地基探测器相比,LISA数据预计将是一个信号为主,强和弱的引力波信号在时间和频率上重叠。天体物理总体模型预测了足够数量的信号在LISA波段混合在一起,形成一个不可分辨的前景噪声。在这项工作中,我们提出了一个通用的方法,用于表征前景信号来自一个给定的天体物理人口的合并紧凑型双星。假设理想化的检测器条件和完善的数据分析技术能够识别和消除明亮的来源,我们应用迭代过程,使我们能够预测不同水平的前景噪声。
2021-03-26 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Recovering Injected Astrophysics from the LISA Galactic Double White Dwarf Binaries
本研究通过模拟双白矮星双星群体,利用贝叶斯分层推断恢复公共包层抛射效率,证明该方法可有效约束未来LISA观测中的双星形成过程。
2025-01-24 astro-ph.GA astro-ph.SR gr-qc
LISA Galactic Binaries in the Roman Galactic Bulge Time-Domain Survey
本文评估 Roman 银河核球时域巡天对 LISA 短周期白矮星双星的探测前景,预测基线设计或发现约 5 个分离型系统,并有 ≥20% 概率探测核球距离处的已知基准双星。
2022-12-30 astro-ph.GA gr-qc
Post-Newtonian Evolution of Massive Black Hole Triplets in Galactic Nuclei: IV. Implications for LISA
在星系合并之后形成的$10^{4-7} \rm M_{\odot}$的大质量黑洞双星(MBHB)是空间任务LISA($10^{4-7} \rm M_{\odot}$激光干涉仪空间天线)的主要目标。要评估LISA的探测前景,就需要估计在宇宙结构组装过程中形成和演变的MBHB的丰度和性质。为此,我们采用了半解析模型,遵循其宿主星系内的MBHB的共同演化。我们确定了三个主要的进化通道驱动的二进制合并:两个标准的路径,沿该路径的二进制演化是由恒星和/或气体环境的相互作用,和一个新的通道MBHB合并发生在与第三个黑洞的相互作用。对于每个通道,我们遵循的轨道演变的MBHB与物理动机的模型,包括一个自我一致的治疗轨道偏心率。我们发现,LISA将检测之间的$\approx 25$和$\approx 75$事件,每年取决于种子模型。我们发现,三重诱导合并的范围可以从几个检测到的事件高达$\sim 30\%$的总检测到的合并。此外,即使标准的气体/恒星驱动的演化通道失效,MBHB停止,由于星系形成的等级性质,三重相互作用仍然会发生,导致每年大约$\approx 10$到$\approx 20$ LISA的检测。值得注意的是,黑洞之间的三重相互作用可以在进入LISA带时产生具有大偏心率($\gtrsim 0.9$)的合并双星。这种偏心率在合并时也将保持显著($\sim 0.1$),需要适当的参数估计模板…
2019-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
LISA sources in Milky Way globular clusters
我们探索了银河系(MW)球状星团(GC)中双致密天体双星的形成,这些双星可能可以被激光干涉仪空间天线(LISA)检测到。我们使用一组137完全进化的GC模型,总体而言,有效地匹配MW中观察到的GC的属性。我们估计,总的来说,MW GC含有可通过LISA检测到的$\sim21$源。这些可探测的源包含黑洞(BH)、中子星和白矮星成分的所有组合。我们预测这些源中的$\sim7$将是BH-BH双星。此外,我们表明,这些BH-BH双星可以有信噪比大到足以在仙女座星系,甚至室女星系团的距离检测。
2018-05-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Galactic and extragalactic probe of dark matter with LISA's binary black holes
本研究探讨LISA任务通过双黑洞啁啾质量变化探测银河系及河外暗物质的能力,明确不同暗物质类型下的探测距离,并指出零结果仍可排除部分暗物质参数空间。
2025-01-16 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The implications of stochastic gas torques for asymmetric binaries in the LISA band
本文利用流体动力学模拟生成LISA频段非对称质量比旋近的引力波波形,并用简化解析力矩模板进行贝叶斯参数估计,发现双星参数估计无偏但吸积盘力矩参数可能被误判,提示在利用简化模型推断吸积盘性质时需谨慎。
2025-05-27 astro-ph.GA gr-qc
Stars or gas? Constraining the hardening processes of massive black-hole binaries with LISA
本文提出贝叶斯框架,结合大质量黑洞双星宇宙学模型与 LISA 模拟星表,通过参数估计和模型比较区分恒星或气体驱动的轨道硬化机制。
2025-01-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Detecting Accelerating Eccentric Binaries in the LISA Band
LISA波段的许多引力波(GW)源都具有不可忽略的偏心率。此外,它们中的许多可以经历加速,因为它们存在于第三层中。在这里,我们开发的分析和数值方法来量化如何紧凑的二进制的偏心率提高了检测其特有的加速度。我们表明,广义相对论进动模式可以解开的二进制的加速度引起的频率偏移从啁啾质量引起的频率偏移GW模板拟合,从而放宽了信噪比的要求区分加速度的一个因素的$10\sim100$。此外,通过采用加速偏心致密双星的GW模板,我们可以提高加速度测量精度的$\sim100$的一个因素,相比于零偏心率的情况下,和检测源的加速度,即使它在观测时间内没有变化。例如,在LISA波段,中等偏心率的恒星质量双黑洞(BBH),在$\rm{SNR}=20$和$4$ yr的观测时间下,其加速度测量结果$\sim10^{-7}m\cdot s^{-2}$会产生误差,在这个例子中,即使BBH与$4\times 10^{6}\rm M_{\odot}$ SMBH相距$\sim1\rm pc$,我们也可以测量出BBH的特有加速度。我们的研究结果突出了偏心率的重要性,ISA波段的源,并显示了发展GW模板加速偏心紧凑双星的必要性。
2023-01-11 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The erratic path to coalescence of LISA massive black hole binaries in sub-pc resolution simulations of smooth circumnuclear gas disks
我们报告的高分辨率模拟,探索轨道衰变的大质量黑洞(MBH)与$10^5$和$10^7 M_{\odot}$嵌入在一个环核气体盘(CND)之间的质量对。采用绝热状态方程,具有一系列绝热指数,保持平稳流动。在这个质量范围内的MBH之间的合并将被即将到来的激光干涉仪空间天线(LISA)检测到。从CND尺度($100$ ~pc)到$0.1$- $0.01$ ~pc的轨道演化,在此轨道上可以形成环双星盘(CBD)。衰减是不稳定的,并且强烈地依赖于盘内的气流,这最终决定了下沉MBH所经历的净扭矩。总的来说,我们可以确定三个不同的演化阶段:(i)最初的缓慢衰减,导致轨道角动量没有显着变化,导致一些圆化;(ii)快速迁移阶段,轨道角动量迅速减少;(iii)最终,非常缓慢的衰减阶段,轨道角动量甚至可以增加,CBD可以形成。快速迁移阶段是由于圆盘驱动的扭矩,主要来自次级MBH的共轨区域,距离为1- 3 Hill半径。我们发现与原行星盘中大质量行星的快速III型迁移有很强的相似之处。只有当衰变率变得足够小,使其有足够的时间在主MBH周围雕刻一个空腔时,CBD才会形成,尺度为$\lesssim 1$ ~pc;当这种情况发生时,MBH分离在我们的高分辨率运行中几乎停止。我们建议一个经验修改的缺口开放标准,考虑到这种时间尺度的影响,以及其他偏离标准的假设在文献中。[删节]
2020-03-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Finding binary black holes in the Milky Way with LISA
我们确定的银河系双黑洞(BBH)人口可检测的LISA和战略,以区分他们从更多的白矮星二进制文件的主要属性。我们模拟BBH人口的基础上的银河系类星系和二进制演化模型的宇宙学模拟。然后,我们确定它们的引力波发射所观察到的LISA和建立模拟目录。根据我们的模型,假设运行4(10)年,LISA将探测到$\approx4(6)$二进制黑洞。当模型重新标准化到推断的LIGO/Virgo合并率时,这些数字增长到$\approx6(9)$。大约40%(70%)的源将有足够好的啁啾质量测量,以将它们与轻得多的白矮星和中子星双星分开。大多数剩余的源应该可以通过它们在$\approx100$ pc中缺乏电磁对应物来识别。这些结果是强大的相对于目前的不确定性BBH合并率测量LIGO/室女座以及全球质谱的二进制文件。我们确定LISA至少有94%的机会找到其中一个系统,这将使我们能够确定它们形成的条件,并可能找到独特的电磁特征。
2019-12-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing Massive Black Hole Binary Populations with LISA
ESA和NASA正在推进在2034年左右发射LISA的计划。从插图宇宙学模拟的数据,我们提供了LISA检测率的分析,伴随着合并的大规模黑洞人口的特征。总质量为$\sim10^5-10^{10} M_\odot$的大质量黑洞是本研究的重点。我们发展的大规模黑洞合并,形成在分离的模拟分辨率($\sim$ kpc尺度)的顺序,通过合并与两种不同的治疗的二元大规模黑洞的演化过程。人口的合并时间,以及黑洞的物理性质,形成了每一个进化处理的统计基础。在此基础上,我们用蒙特卡罗方法综合了大质量合并黑洞种群的多种实现,建立了模拟LISA探测星表。我们分析了我们的大规模黑洞二元演化模型如何影响检测率和相关的参数分布测量LISA。用我们的模型,我们发现了大质量黑洞二进制检测率与LISA的$\sim0.5-1$年$^{-1}$质量大于$10^5M_\odot$的大质量黑洞。这应该被视为一个下限,主要是因为我们的大质量黑洞样本不包括低于$10^5M_\odot$的质量,这可能会显着增加观测到的速率。我们提出的原因,我们预测较低的检出率相比,许多文献。
2019-11-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Massive Black Hole Binaries as LISA Precursors in the Roman High Latitude Time Domain Survey
Roman能通过观测AGN光变曲线识别数百个5-12天轨道周期的大质量黑洞双星作为LISA前体,为LISA源群体提供约束、识别宿主星系并推动多信使天体物理学。
2023-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Enhanced Population of Extreme Mass-Ratio Inspirals in the LISA Band from Supermassive Black Hole Binaries
本文研究超大质量黑洞双星系统中EMRI的高发生率,预测LISA在四年任务期内可探测到数百个信噪比≥8的事件,并指出阈值以下源形成的混淆噪声可用于约束低红移宇宙中SMBH双星比例。
2023-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Distinguishing Between Formation Channels for Binary Black Holes with LISA
最近对GW 150914和GW 151226的探测意味着在本宇宙中有大量的恒星质量的双星黑洞合并。虽然地基引力波探测器仅限于观测双星合并前的最后时刻,但天基探测器,如激光干涉仪空间天线(LISA),可以在较低的轨道频率下观测双星,而这种系统仍然可以编码有关其形成历史的信息。特别是,轨道偏心率和质量的双黑洞在LISA频段可以一起使用,以区分在孤立的星系场和那些形成在密集的恒星环境,如球状星团形成的双星。在这封信中,我们探讨了双黑洞种群的轨道偏心率和质量,因为它们通过LISA频带的演变。总的来说,我们发现有两个不同的人群可辨别的LISA。我们发现,高达90%的二进制动态或隔离形成的偏心率可测量的LISA。最后,我们注意到如何测量偏心率的低质量的二元黑洞孤立地发展可以提供详细的限制物理的黑洞出生踢和共同的信封演变。
2016-09-22 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Fast resolving Galactic binaries in LISA data and its ability to study the Milky Way
本文提出一种利用先前数据定义先验的加速搜索方法,基于GBSIEVER管道在LISA数据中快速分辨双白矮星双星,显著缩短搜索时间并保持对银河系结构的探测能力,同时提出了确认探测的信噪比阈值。
2023-09-12 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Constraining the coalescence rate of supermassive black-hole binaries using pulsar timing
脉冲星定时观测被用来限制超大质量黑洞(SMBH)双星的合并率作为质量和红移的函数。与其他技术的间接约束相反,脉冲星定时观测提供了对黑洞合并率的直接约束。这是可能的,因为脉冲星计时对这些源在演化的最后阶段发射的引力波(GW)很敏感。我们发现,从最近发表的帕克斯脉冲星定时阵列数据计算的上限是略高于理论预测的红移低于10。在未来,随着时间精度的提高和更长的数据跨度,我们表明,GWs的非检测将排除某些特定类别的SMBH二进制合并模型中的可用参数空间。我们还表明,如果我们可以定时一组的时间到10纳秒的定时精度,例如,使用拟议的平方公里阵列,它应该是可能的,以检测一个或多个单独的SMBH二进制系统。
2011-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Stochastic Gravitational Wave Background in LISA from Unresolved White Dwarf Binaries in the Large Magellanic Cloud
本研究使用贝叶斯LISA推断包(BLIP)模拟分析,首次证实大麦哲伦云中未分辨双白矮星双星将构成LISA探测的重要各向异性随机引力波背景。
2024-06-04 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
Contaminating Electromagnetic Transients in LISA Gravitational Wave Localization Volumes. I: The Intrinsic Rates
研究LISA大质量黑洞并合定位体积中不相关电磁暂现源的污染情况,发现其数量随红移和并合阶段变化,建议构建红移目录、开发分类算法并协调望远镜资源以减少污染。
2025-02-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
A multi-messenger study of the Milky Way's stellar disc and bulge with LISA, Gaia and LSST
即将到来的LISA任务提供了通过银河系双星的引力波辐射研究银河系的独特机会。在各种银河系引力波源中,LISA有望单独解析来自$\sim 10^5$超紧凑双白矮星(DWD)双星的信号。LISA探测到的DWD将分布在整个银河系,包括电磁观测难以到达的区域,如银河系圆盘的内部,凸起和更远的地方。我们定量地表明,大量的DWD检测将使我们能够使用这些系统作为示踪剂的银河系的潜力。我们证明,密度轮廓的DWDs检测LISA可以提供的重子组件的标度长度参数,既准确又精确的约束,与百分之几到$10$百分之水平的统计误差。此外,发现LISA样品足以通过良好地覆盖圆盘到足够大的半径来解开不同(常用)圆盘轮廓之间的缠结。最后,通过电磁波和引力波辐射可以探测到高达$\sim 80$的DWD。这使得多信使天文学与DWD二进制,并允许一个提取其物理特性使用两个探头。我们表明,拟合银河系的旋转曲线构造的距离推断引力波{ \it和}自行光学观测产生一个独特的和有竞争力的估计的隆起质量。相反,恒星盘质量的可靠结果取决于对暗物质含量的了解。
2019-02-24 astro-ph.GA gr-qc
Identifying LISA verification binaries among the Galactic population of double white dwarfs
本研究在完全贝叶斯框架下结合最新LISA设计要求分析已知验证双星候选体,发现25个源可在4年内被探测,并评估了引力波与电磁联合观测的预期及在真实银河系双白矮星种群中的分析方法。
2023-05-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The imprint of gas on gravitational waves from LISA intermediate-mass black hole binaries
研究了扭矩对嵌入气体盘中的中等质量黑洞双星(IMBHB)的圆形吸气的影响,其中两个黑洞的质量都在$10^2$ - $10^5~\rm{M}_\odot$的范围内,直到红移$z = 10$ .我们专注于如何扭矩影响检测到的引力波(GW)的波形在频带的激光干涉仪空间天线(LISA)时,二进制分离是在几百史瓦西半径。对于一个亚爱丁顿吸积盘的粘度系数$α=0.01$,表面密度$Σ\approx10^5$克厘米$^{-2}$,和马赫数$\mathcal{M}_{\rm a}\approx80$,一个差距,或一个空腔,打开时,二进制的LISA带。根据扭矩的强度,LISA将观察IMBHB GW信号中的移相,直至高质量比($q\approx0.1$)的$z\sim5$或$q\approx10^{-3}$的$z\sim7$。我们研究了可测量的退相对BH质量,红移和吸积率的变化的依赖关系。我们的研究结果表明,相移是可检测的,即使在高红移($z = 10$)的二进制文件,只要他们经历超爱丁顿吸积情节。我们调查,如果光盘驱动的扭矩可以导致一个可观察到的“时间依赖性”啁啾质量与简化的Fisher形式主义,发现,在预期的信噪比,气体引起的啁啾质量的变化太小,无法检测。这项工作显示了如何扰动的真空波形引起的气体应该是足够强的LISA检测到的IMBHB在早期inspiral阶段。这些微扰编码了关于吸积盘和星系核的…
2022-10-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Accretion mediated spin-eccentricity correlations in LISA massive black hole binaries
本研究探究LISA频段内合并前一年、嵌入环双星盘的等质量大质量黑洞双星的自旋-偏心率关联,发现逆行吸积系统中可测偏心率与负有效自旋强相关,顺行吸积则相反,为揭示其形成通道提供新途径。
2024-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Implications of the pulsar timing array detections for massive black hole mergers in the LISA band
基于PTA对引力波背景的探测,本研究利用经校准的半解析模型预测LISA在4年任务期内可探测到十几个至数千个大质量双黑洞,且能精确估计其质量、位置和距离等参数。
2023-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Systematics in tests of general relativity using LISA massive black hole binaries
本研究针对LISA观测的大质量黑洞双星,探究气体环境效应和轨道偏心率被忽略时会引发广义相对论检验的虚假偏差,指出建模时纳入这两类因素可降低系统误差、保障参数推断准确性。
2024-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE