Search for strongly lensed counterpart images of binary black hole mergers in the first two LIGO observing runs
强大的引力透镜可以产生同一个引力波信号的多个图像,每个图像到达不同的时间和不同的放大率。以前的工作已经探索了透镜对是否存在于已知的高重要性事件中,但没有发现任何证据。然而,这些事件的较弱对应物存在于数据中的可能性仍然存在,未被先前的搜索恢复。我们进行了有针对性的搜索,专门寻找已知二元黑洞(BBH)观测的亚阈值透镜图像。我们恢复了与Venumadhav等人(2019)首次报告的三个额外事件相匹配的候选者,但没有发现额外BBH事件的证据。我们也没有发现任何证据表明Venumadhav等人的观测是透镜对应的。我们演示了这种类型的对应搜索如何约束关于整个源和透镜群的假设,并且我们排除了非常高置信度的极端假设,即所有重BBH探测实际上都是具有高红移的透镜系统,其内在质量<15 Msun。
2020-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Deep Learning-based Search for Microlensing Signature from Binary Black Hole Events in GWTC-1 and -2
我们提出了第一个基于深度学习的搜索结果,以寻找引力波中微透镜的特征。这种搜索寻求与质量之间的$10^3M_\odot$ - $10^5M_\odot$从第一和第二引力波瞬态目录中的二元黑洞事件的光谱图透镜引起的签名。我们使用一个用模拟噪声引力波信号的频谱图训练的深度学习模型,将事件分为两类,透镜或非透镜。我们引入集成学习和基于多数投票的一致性测试集成学习器的预测。本次检索的分类方案主要将1起事件GW190707_093326归类为人工晶状体类。为了验证该事件的主要分类,我们还检查了透镜类的中位概率,并观察到所得值$0.984^{+0.012}_{-0.342}$与声称检测到透镜信号的经验标准$>\!0.6$一致。然而,估计的$p$值的中位概率和误差的不确定性(范围为0至0.1)使我们确信GW 190707_093326不太可能是透镜事件,因为它包括非透镜假设为真的$p\!\geq\!0.05$。因此,我们得出结论,我们的搜索发现没有显着的证据,微透镜签名从评估的二元黑洞事件。
2022-09-20 astro-ph.HE gr-qc
Constraining binary mergers in AGN disks using the non-observation of lensed gravitational waves
本研究提出利用未观测到的透镜化引力波信号约束AGN盘中双黑洞的占比,分析了当前及下一代探测器的约束能力,为验证AGN盘是否为双黑洞主要形成通道提供了新方法。
2025-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Cosmography using strongly lensed gravitational waves from binary black holes
本文提出利用第三代探测器观测到的强透镜化双黑洞引力波事件数量及时间延迟分布,通过贝叶斯方法约束宇宙学参数,并以z约10的独特红移区间提供与其他测量相当的约束。
2023-08-16 astro-ph.CO gr-qc
On the detection and precise localisation of merging black holes events through strong gravitational lensing
本文通过模拟 LIGO-Virgo-Kagra 与 Euclid 的联合观测,研究利用星系尺度强透镜对并合黑洞事件进行精确定位的可行性,发现约 20-50% 的强透镜化事件可被 Euclid 探测,并给出不同透镜类型下的宿主星系正确识别率及毫角秒级定位精度。
2024-04-30 astro-ph.HE gr-qc
The Two LIGO/Virgo Binary Black Hole Mergers on 2019 August 28 Were Not Strongly Lensed
LIGO/Virgo引力波事件S190828 j和S190828 l仅相隔21分钟,来自附近的天空区域,并且具有相同的源分类(二元黑洞合并)。因此,很自然地推测这两个信号实际上是同一合并的强透镜图像。然而,对两个事件(未知)位置的分离的估计要求它们相距> 10度,比通常在河外透镜效应中出现的角秒尺度的分离要宽得多。大的分离更符合两个独立的、不相关的事件,它们碰巧在时间上接近发生。我们量化了模拟的透镜事件对之间的重叠,并使用频率论假设检验以99.8%的置信度拒绝S190828j/l作为透镜对。
2019-10-08 astro-ph.CO gr-qc
A $χ^2$ statistic for the identification of strongly lensed gravitational waves from compact binary coalescences
Inter University Centre for Astronomy and Astrophysics(大学天文学与天体物理国际中心);Syracuse University(雪城大学)
研究利用新的χ²统计量,通过GW搜索常用模板,区分致密双星并合产生引力波的透镜与非透镜事件。在实际天体物理数据集上评估性能,发现其效率与现有方法相当,速度更快且统计特性可知,能快速准确筛选和识别相关事件对。
2026-07-24 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Amplitude modulation in binary gravitational lensing of gravitational waves
我们使用时域数值模拟研究了由二元黑洞作为透镜组成的系统所透镜的引力波(GW)的可探测性。该系统的引力透镜势不再是静态的,而是随时间演化的。当来自源的GW通过二元透镜时,它们的幅度可以被调制,这类似于无线电通信中的幅度调制(AM)现象。我们发现,即使二元透镜本身的频率太低,不能被LISA检测频带检测到,由于AM的透镜GW的光谱中的边带仍然可以在检测频带的敏感范围内。此外,我们还计算了透镜和非透镜GW之间的SNR(失配)的相对差异。我们发现,{ \it失配}可高达9.18%。由于失配不依赖于波形的幅度,所以二元透镜和非透镜波形之间的差异是实质性的。这为未来的LISA项目提供了一种识别透镜事件的可靠方法。
2022-05-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black Hole Vision: An Interactive iOS Application for Visualizing Black Holes
Vanderbilt University(范德堡大学);Harvard University(哈佛大学);OpenAI
黑洞视野是一款利用黑洞透镜效应模拟用户周围环境的iOS应用,通过结合摄像头视频流和透镜方程,展示黑洞引力对视觉的影响。
2026-03-06 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Interpreting LIGO/Virgo "Mass-Gap" events as lensed Neutron Star-Black Hole binaries
引力透镜效应可以探测到宇宙学距离上的双黑洞(BBH),其啁啾质量似乎在$1<z<4$范围内被$1+z$增强,与已报道的BBH质量吻合得很好。我们认为这种效应也解释了LIGO/Virgo新报道的令人困惑的“质量间隙”事件(MG),即与$1<z<4$有关的遥远的透镜NSBH事件。中子星成员的拟合质量成为$(1+z)\times 1.4M_\odot$,因此被错误地归类为低质量黑洞。用这种方法,我们得到了两个新报道的“质量不对称”事件GW 190412\和GW 190814的$z\simeq 3.5$和$z\simeq 1.0$的红移,通过解释它们作为透镜NSBH事件,包括恒星质量的黑洞和中子星。在过去的一年中,额外的31个BBH事件和5个MG事件已被报告的高概率($>95\%$),从我们推断的一个因素$\simeq 5$更高的内禀率的NSBH事件比BBH事件,反映了较高比例的中子星形成的早期恒星形成。我们预测一个独特的轨迹透镜NSBH事件中观察到的二元质量平面,跨越$1<z<4$与一个狭窄的质量比,$q \simeq 0.2$,可以很容易地测试时,波形数据被解锁。所有这些事件可能会显示中断NS发射,值得及时跟进,因为高透镜放大率意味着EM检测并不禁止,尽管我们预测的高红移。这种透镜NSBH事件提供了一个令人兴奋的前景,直接绘制历史的合并双星通过宇宙学红移的波形,确定相对于中子星成员的特…
2020-06-24 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Impact of astrophysical binary coalescence timescales on the rate of lensed gravitational wave events
在红移$z\geq 1$处,透镜化的引力波源的预期事件率与合并率成比例,其中透镜化的光学深度很高。通常认为天体物理致密天体的合并速率与恒星形成速率密切相关,恒星形成速率在红移$z\sim 2$附近达到峰值。然而,不确定性的一个主要来源是致密物体形成和合并之间的延迟时间。我们探讨了延迟时间对透镜事件发生率的影响。结果表明,随着延迟时间的增加,引力波源合并率的峰值被推迟到一个较低的红移。这导致可由引力波探测器探测的透镜事件的事件率降低。我们表明,延迟时间约为$10$陀螺仪或更大,透镜事件率可以小于每年一个LIGO/处女座的设计灵敏度。我们还估计了不同延迟时间场景的透镜亚阈值的合并率,发现对于较大的延迟时间,透镜亚阈值事件的数量减少,而对于小延迟时间模型,它们显着更频繁。该分析首次表明,透镜是一个互补的探针,探索不同的形成渠道的二元系统,利用透镜事件率从良好的检测事件和亚阈值事件,这是可测量的使用引力波探测器网络。
2021-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Fast and efficient Bayesian method to search for strongly lensed gravitational waves
本文提出快速贝叶斯方法 PO2.0,通过引入信息性先验和后验再加权实现与联合参数估计等价的强透镜引力波识别,并给出检测性能与联合参数推断方案。
2024-12-02 gr-qc
Spin wave optics for gravitational waves lensed by a Kerr black hole
本文数值求解含等质量圆双星源项的 Teukolsky 方程,研究 Kerr 黑洞透镜引力波中的自旋与波动效应,发现放大因子功率谱存在依赖螺旋度的小周期振荡。
2024-11-07 gr-qc
Finding Black Holes: an Unconventional Multi-messenger
针对黑洞物理学中黑洞定位的难题,本文综述了利用多信使引力透镜效应匹配透镜化星系宿主与引力波性质来识别黑洞并合宿主的最新研究,并介绍了通过引力波及其电磁亮宿主透镜效应定位双黑洞及宿主星系的在研工作。
2024-06-20 astro-ph.HE gr-qc
Bayesian model selection of Primordial Black Holes and Dressed Primordial Black Holes with lensed Gravitational Waves
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学物理与天文学院)
本文利用贝叶斯推断技术,通过引力波观测区分原始黑洞与饰状原始黑洞的透镜效应。
2026-03-05 gr-qc
On the identification of individual gravitational wave image types of a lensed system using higher-order modes
与光类似,引力波在大质量天体(如星系、恒星或黑洞)附近传播时也会受到引力透镜的影响。近年来,预测表明,在设计灵敏度下,LIGO-Virgo-KAGRA探测器网络有合理的机会探测到强引力波透镜。因此,分析透镜检测的方法得到了迅速发展。然而,高阶模对透镜效应分析的影响仍在研究中。在这项工作中,我们表明,高阶模式的存在下,使识别的个别图像类型的观察到的引力波事件时,两个透镜图像被检测到,这将导致明确的确认透镜。此外,我们表明,高阶模式的内容可以更准确地分析与强透镜引力波事件。
2021-12-08 astro-ph.HE gr-qc
To see invisible: image of the event horizon within the black hole shadow
银河系中心的超大质量黑洞SgrA* 对于遥远的观察者来说是什么样子的?这取决于周围热物质对黑洞的突显。如果有一个静止的发光背景,就可以看到黑洞的阴影(光子俘获截面)。黑洞的事件视界本身是直接不可见的。然而,一个更紧凑的(相对于黑洞阴影)投影的黑洞事件视界上的天球可以通过检测的高度红移光子发射的非稳态发光物质陷入黑洞和接近事件视界。对于一个遥远的观测者来说,把这种事件视界在天球上的重建投影称为“透镜事件视界像”或简称为“事件视界像”是合适的。这个事件视界图像被放置在天球上黑洞阴影的位置内。令人惊讶的是,事件视界的图像是一个引力透镜投影在天球上的整个表面的事件视界球。结果,可以同时从前侧和后侧观看黑洞。透镜化的事件视界图像可以被认为是黑洞的真实轮廓。例如,在事件视界图像的黑暗北半球是存在薄吸积盘的黑洞轮廓的最简单模型。
2019-05-12 astro-ph.HE gr-qc
GRB 200716C: Evidence for a Short Burst Being Lensed
观测到的伽马射线暴(GRB)中有一小部分可能是透镜效应。如果点透镜是中等质量的黑洞,则由引力透镜引起的时间延迟为毫秒到秒。原则上,透镜伽玛暴的即时发射应该具有重复的脉冲,具有相同的光变曲线和光谱,但不同的通量和略微偏移的位置。在这项工作中,我们寻找这样的候选人内检测到的费米/GBM,雨燕/BAT,和HXMT/HE和报告的一个有吸引力的事件GRB 200716 C,由两个脉冲的识别。瞬发发光曲线的自相关分析和贝叶斯推断都支持引力透镜的假设。此外,这两个脉冲的光谱特性是相当相似的,并遵循所谓的阿马蒂关系的短伽玛暴,而不是长持续时间的爆发。两个脉冲之间的测量通量比在所有通道中几乎是恒定的,正如引力透镜所预期的那样。因此,我们认为GRB 200716 C的长持续时间爆发是一个被透镜化的短事件。晶状体的红移质量估计为$4.25^{+2.46}_{-1.36}$ $\times$ $10^5$ $M_{\odot}$(90 $\%$可信度)。如果正确的话,这可能指向沿着GRB 200716 C的视线存在一个中等质量黑洞。
2021-09-16 astro-ph.HE gr-qc
Localizing merging black holes with sub-arcsecond precision using gravitational-wave lensing
现有的引力波定位方法主要依赖于电磁波源。不幸的是,二元黑洞不发光。因此,通常不可能精确地定位这些对象。然而,强透镜引力波,这是预测在这十年中,可以让我们定位双星定位其透镜主机星系。确定正确的宿主星系是具有挑战性的,因为在引力波观测所覆盖的天空区域内有数百到数千个其他透镜星系。然而,我们可以通过引力波和电磁观测来限制透镜星系的物理性质。我们表明,这些同时约束允许本地化四重透镜波的一个或最多几个星系的LIGO/室女座/卡格拉网络在典型的情况下。一旦我们确定了宿主,我们就可以将双星定位在宿主星系内的两个亚角秒区域。此外,我们演示了如何使用该系统来测量哈勃常数作为一个证明的原则应用。
2020-08-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Stars lensed by the supermassive black hole in the center of the Milky Way: predictions for ELT, TMT, GMT, and JWST
引力透镜是广义相对论的一个重要预言,它提供了一个测试和工具来探测微弱但放大的光源,并测量透镜的质量。对于某些应用(例如测试理论),由点状透镜透镜的点源将更有利。然而,到目前为止,只有一颗引力透镜恒星被解析。未来的望远镜将解决非常小的透镜签名的恒星轨道的超大质量黑洞(SMBH)在银河系的中心。然而,透镜特征应该更容易检测到背景恒星。我们预测,ELT,TMT和GMT将解决约100(60)颗恒星在磁盘和30(20)颗恒星在凸起的背景下的SMBH的透镜图像,下降到28(27)mag(织女星)的限制在K波段,需要5(1)小时的整合。为了探测几颗这样的恒星,我们需要至少24 mag.With十年之久的监测,我们也可以探测到透镜图像的旋转。拉长的图像的检测将是不可能的,因为这将需要一个近乎完美的源透镜对准。JWST可能会受到银河系中心附近恒星造成的混乱的限制。这种透镜图像的检测将提供一个非常干净的测试广义相对论,当结合SMBH质量测量从恒星的轨道运动,并准确测量SMBH属性,因为源和透镜都可以被认为是点状的。
2021-07-01 astro-ph.GA gr-qc
Constraining the lensing of binary black holes from their stochastic background
引力波与电磁辐射一样,也会受到引力透镜的影响。然而,迄今为止,尚未报告明确观察到晶状体GW瞬变。另外,GW观测站继续寻找由许多高红移瞬变事件产生的随机GW信号。我们利用了一个令人惊讶的连接之间的透镜的个别瞬态和限制的背景辐射产生的未解决的人口的二进制背孔合并:我们表明,它约束的分数个别可分辨透镜的二进制黑洞小于$\sim 4\times 10^{-5}$在目前的灵敏度。我们澄清现有的解释,低红移GW观测(假设没有透镜)在其明显的透镜红移和群众,并探讨在未来的敏感性GW天文台的约束。根据我们的研究结果,最近声称的观测透镜事件统计不利。
2020-12-23 astro-ph.CO gr-qc
The Proper Motion of Strongly Lensed Binary Neutron Star Mergers in LIGO/Virgo/Kagra can be Constrained by Measuring Doppler Induced Gravitational Wave Dephasing
本文研究强引力透镜双中子星并合,提出通过比较两个引力波像的相位来约束源-透镜系统相对横向速度,并预测在A+和A#灵敏度下可探测退相特征,首次测量可能几年内实现。
2025-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Event horizon image within black hole shadow
我们认为,一个真正的图像的黑洞所看到的一个遥远的观察者是不是它的影子,但一个更紧凑的事件视界图像探测的发光物质陷入黑洞。黑洞阴影的外部边界被从物质进入黑洞并接近事件视界的辐射冲刷掉。这种效应将对事件视界望远镜未来的观测结果产生至关重要的影响。我们证明了进入黑洞的发光物质的引力透镜效应为事件视界的可视化提供了可能。事件视界的透镜图像是由非常接近黑洞事件视界的坠落物质发射的高度红移的光子形成的,并被远处的观察者检测到。由此产生的事件视界图像是整个黑洞事件视界球体在天球上的引力透镜投影。看起来,黑洞是宇宙中唯一的物体,可以被遥远的观察者同时从正面和背面看到。
2019-06-07 astro-ph.HE gr-qc
Probing Dark Matter with Strongly Lensed Binary Black Hole Mergers: Prospects in the Near Future
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research(国际理论科学中心,塔塔基础研究所);Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学物理系);Department of Physics, University of California at Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校物理系)
本文利用升级后的LIGO-Virgo-KAGRA网络观测,研究用强引力透镜双黑洞并合约束温暗物质粒子质量的前景,O6可获与现有相当的约束,后续运行将大幅收紧,为暗物质探测提供新手段。
2026-09-07 astro-ph.CO gr-qc
Rapid Identification of Strongly Lensed Gravitational-Wave Events with Machine Learning
预计将由第二代和第三代探测器探测到的一小部分引力波(GW)信号将被星系和星系团强烈透镜化,产生多个可观测的副本。虽然开发了最佳贝叶斯模型选择方法来识别透镜信号,但处理用第二(第三)代检测器检测到的数万(数十亿)可能的事件对既计算密集又耗时。为了缓解这个问题,我们建议使用机器学习来快速排除绝大多数候选透镜对。作为一个证明的原则,我们模拟非旋转的二元黑洞事件添加到高斯噪声,和训练机器上的时间-频率图(Q变换)和本地化的天空图(使用Bayestar),这两个都可以在几秒钟内生成。我们表明,经过训练的机器能够准确地识别透镜对,其效率与现有的贝叶斯方法相当。
2021-06-23 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
What is the nature of GW230529? An exploration of the gravitational lensing hypothesis
Université Catholique de Louvain(天主教鲁汶大学);Royal Observatory of Belgium(比利时皇家天文台);Utrecht University(乌得勒支大学);Nikhef(尼赫夫国家粒子物理研究所);Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学);University of Portsmouth(朴茨茅斯大学);Niels Bohr Institute(尼尔斯·玻尔研究所);The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学);California Institute of Technology(加州理工学院);The University of Tokyo(东京大学)
本研究探讨 GW230529 事件是否由强引力透镜化双中子星造成,通过计算发现透镜化概率低(1/58),且缺乏额外透镜特征,故不太可能,更支持其为质量间隙中子星-黑洞并合。
2024-09-17 astro-ph.HE gr-qc
Lensing of Gravitational Waves as a Novel Probe of Graviton Mass
透镜化的引力波的衍射图案编码了关于其传播速度的信息。如果引力子有质量,引力波的色散关系和速度将以频率依赖的方式受到影响,如果波被透镜化,这将在衍射图案中留下痕迹。本文研究了由大质量引力子引起的交替色散关系对被点质量透镜(如中等质量黑洞)透镜化的引力波的影响。我们发现透镜色散引力波的波形形态比非透镜色散引力波更敏感地依赖于引力子质量。与透镜放大一起,由于透镜效应引起的波形形态的改变可以提高引力子质量的测量精度。一个单一的透镜引力波信号使我们能够测量引力子质量,其精度与$\mathcal{O}(10^3)$非透镜信号的组合测量相当。我们的方法使我们能够将透镜引力波信号纳入现有的引力子质量测量。我们的方法也可以推广到其他透镜类型,引力波源和探测器网络,为彻底理解引力波天文学时代的引力波的性质做好准备。
2021-12-22 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Faraday rotation of gravitational waves by a Kerr black hole
引力法拉第旋转(GFR)是大质量物体旋转引起的标架拖曳效应,是透镜引力波(GW)的重要特征之一。在这篇文章中,我们计算了弱偏转极限下引力波的GFR角$χ_g$,假设它被Kerr黑洞(BH)透镜化。我们发现GFR效应改变了透镜GW的初始偏振态。与爱因斯坦偏转角相比,旋转角$χ_g$的主导项是对偏振角的二阶修正,它依赖于BH角动量的可见光分量。这样的旋转是微小的,并且随着初始偏振角而退化。在某些关键情况下,GFR角接近第三代GW探测器网络的探测能力,尽管简并必须被打破。
2022-10-23 gr-qc
Testing an exact diffraction formula with gravitational wave source lensed by a supermassive black hole in binary systems
针对长波长引力波经近距超大质量黑洞透镜时大角度衍射不可忽略的问题,本研究对比了精确衍射公式与传统近似公式的差异,明确了二者差异显著的参数范围,为未来通过引力波探测验证精确衍射公式提供了依据。
2024-04-15 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Gravitational lensing rarely produces high-mass outliers to the compact binary population
University of Chicago(芝加哥大学);Niels Bohr Institute(尼尔斯·玻尔研究所);University of Toronto(多伦多大学)
研究发现引力透镜引起的高质量异常并非必然存在,且其对光学深度的约束有限,但双星人口可能提供关于宇宙透镜分布的新见解。
2026-01-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Search for strong lensing of gravitational waves in the binary black hole events from O1-O4a
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research(理论科学国际中心,塔塔基础研究所)
该研究在O1 - O4a双黑洞事件中搜索引力波的强引力透镜效应,基于Posterior Overlap 2.0并结合模拟,定义新指标评估。虽未发现强透镜化证据,但强调多目录搜索重要性,还预测了不同观测运行的检测概率。
2026-07-10 gr-qc
Strong lensing cosmography using binary-black-hole mergers: Prospects for the near future
International Centre for Theoretical Science, Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所国际理论科学中心);Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学物理系);Department of Physics, University of California at Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校物理系)
利用双黑洞并合信号进行强透镜宇宙学研究,通过分析透镜时间延迟分布以约束宇宙学参数。
2026-02-06 astro-ph.CO gr-qc
A Higher Probability of Detecting Lensed Supermassive Black Hole Binaries by LISA
引力波的引力透镜是探测宇宙中物质分布的有力工具。在这里,我们重新审视暗物质(DM)晕合并的大质量黑洞双星(MBHB)的GW信号引起的波动光学效应,我们研究的可能性辨别这些影响使用激光干涉仪空间天线(LISA)。特别是,我们包括晕在低质量范围内的$\rm 10^5-10^8\, M_\odot$,因为他们是最多的根据冷DM模型。我们模拟了对应于大范围的碰撞参量的透镜信号,并且我们发现即使当影响参数为大$y\simeq50$时,也与标准最佳拟合GW模板有可区分的偏差。因此,我们估计,超过$(0.1-1.6)\%$的MBHB在质量范围的$\rm 10^{5.0}-10^{6.5}\, M_\odot$和红移范围的$4-10$应该表现出可检测的波动光学效应。这个概率是一个数量级高于在以前的作品中得出的。不确定性主要来自DM晕的质量函数。在LISA任务期间没有检测到任何信号意味着带有$\rm 10^5-10^8\, M_\odot$的DM晕比冷DM模型预测的要少。
2022-02-11 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Lensing of Gravitational Waves from Astrophysical Sources: Theory, Detection, and Applications
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学天文学与空间科学学院)
本文探讨引力波透镜效应的理论、探测方法及应用,分析其在宇宙学和基础物理中的潜力。
2026-05-16 astro-ph.HE gr-qc
Silhouettes of invisible black holes
在广义相对论中,孤立的黑洞是不可见的,因为从事件视界传播到远处观测者的光子有无限大的红移。然而,在被黑洞引力场透镜化的物质辐射背景上,可以看到黑洞的黑影(剪影)。黑洞阴影是被黑洞捕获的光子的截面在天球上的投影。如果照明背景在黑洞后面很远的地方(距离远大于事件视界半径),也可以观察到最大尺寸的经典黑洞阴影。如果同一个黑洞被邻近事件视界的吸积盘内部照亮,就可以观察到一个最小尺寸的阴影。在这种情况下,吸积黑洞的阴影是事件视界的北半球或南半球的透镜图像,取决于黑洞自旋轴的方向。在事件视界望远镜拍摄的超大质量黑洞M87* 的第一张照片中,可以看到事件视界南半球的黑色轮廓。吸积物质的亮度远高于通常的天体物理定常背景,即大量恒星或大面积热气云。由于这个原因,在非常明亮的吸积物质存在的情况下,观察到黑洞阴影是不可能的。
2020-08-28 astro-ph.HE gr-qc
Probability of gravitational-wave lensing by intermediate-mass black holes and globular clusters
Center of Gravity, Niels Bohr Institute(引力中心,尼尔斯·玻尔研究所)
该研究计算中等质量黑洞(IMBHs)和球状星团(GCs)产生引力波引力透镜的概率,发现其相对速率极低,不支持用其解释GW231123,同时指出透镜引力波可作为暗物质子结构和原初黑洞的探针。
2026-08-11 astro-ph.CO gr-qc
Scalar Quasi-Normal Modes in Black Hole Gravitational Lensing
School of Astronomy and Space Science, Nanjing University(南京大学天文与空间科学学院);Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics (Nanjing University), Ministry of Education(南京大学现代天文与天体物理教育部重点实验室)
研究通过标量场模型在Schwarzschild黑洞引力透镜中激发高l准正常模式,发现其非共振激发特性及高斯束的相干性。
2026-01-18 astro-ph.HE gr-qc
Spins of supermassive black holes M87* and SgrA* revealed from the size of dark spots in Event Horizon Telescope Images
本研究利用几何薄吸积盘模型重建Event Horizon Telescope图像中的暗斑,通过分析SgrA*和M87*暗斑大小推断其自旋分别为0.65<a<0.9和a>0.75。
2023-07-27 astro-ph.HE gr-qc
The detectability of single spinless stellar-mass black holes through gravitational lensing of gravitational waves with advanced LIGO
该研究通过求解 Schwarzschild 时空中的完整相对论波动方程,证明 advanced LIGO 可凭借波形差异和 Bayesian 推断探测无自旋恒星级黑洞造成的引力波透镜信号。
2023-12-11 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Optical appearance of Schwarzschild black holes with optically thin and thick accretion disks at various inclination angles
School of Physics, Guizhou University(贵州大学物理学院)
本文研究了Schwarzschild黑洞在不同倾角下的光学外观,通过分析不同吸积盘模型的光线轨迹和透镜效应,揭示了倾角对透镜区域和明亮环形状的影响,为黑洞成像和引力理论检验提供了新视角。
2026-01-07 astro-ph.HE gr-qc
Testing the nature of gravitational-wave polarizations using strongly lensed signals
引力波(GW)观测的地面激光干涉探测器网络使我们能够探测GW偏振的性质。这将是对广义相对论(GR)的一个有趣的测试,因为GR只预测了两种偏振模式,而引力理论预测了多达六种偏振模式。GW观测探测偏振性质的能力受到网络中线性独立探测器的可用数量的限制。(To提取所有偏振模式,应该存在至少与偏振模式一样多的检测器。强引力透镜的GW提供了一种可能性,以显着增加网络中的探测器的有效数量。由于强透镜效应(例如,星系),可以观察到同一信号的多个副本,延迟时间为几分钟至几周。由于地球的旋转,对相同GW信号的多个副本的观测将允许网络测量相同极化的不同组合。这有效地增加了网络中检测器的数量。聚焦于强透镜信号从二进制黑洞合并,产生两个可观察的"图像",使用贝叶斯模型选择和假设简单的极化模型,我们表明,我们的能力区分极化模型显着提高。
2020-08-17 astro-ph.HE gr-qc
Self-lensing flares from black hole binaries II: observing black hole shadows via light-curve tomography
超大质量黑洞(BH)双星被认为是产生自透镜耀斑(SLF)时,两个黑洞对准视线。如果观测到双星轨道几乎是从侧面,我们会发现一个明显的特征,那就是由透镜黑洞的黑洞阴影所留下的光变曲线。我们研究这个功能的光线跟踪在一个二进制模型,并预测,1\%的当前的二进制候选人可以显示此功能。我们的BH层析成像方法,这里提出可以提取BH阴影,是空间上无法分辨的高分辨率VLBI。
2021-12-27 astro-ph.HE gr-qc
Modeling the motion of a bright spot in jets from black holes M87* and SgrA*
研究了吸积黑洞喷流中亮斑的广义相对论运动。在Kerr时空框架下,沿亮点轨迹的离散时间间隔数值计算了运动亮点的相应透镜图像。作为代表性的例子,我们考虑的情况下,超大质量黑洞SgrA* 和M87*。对黑洞喷流中运动亮点的天体物理观测为强场极限下各种引力理论的验证提供了独特的可能性。
2021-08-31 astro-ph.HE gr-qc
Accretion Disk for regular black holes with sub-Planckian curvature
研究具有亚普朗克曲率和闵可夫斯基核心的规则黑洞吸积盘,推导零测地线并分析光线特征,发现其与具有 dS 核心的 Bardeen 黑洞的光学特征显著不同,为天文观测区分两类黑洞提供了途径。
2023-08-02 gr-qc
GOLUM: A fast and precise methodology to search for, and analyze, strongly lensed gravitational-wave events
像光一样,引力波也会受到大质量物体沿其传播路径的引力透镜作用,强引力透镜作用会从同一双星合并中产生多幅图像,预计在地基引力探测器中有很好的应用前景。为了在数据中搜索这种效应,原则上,必须分析单个检测事件的所有可能组合,其数量将不断增加。为了跟上不断上升的计算成本,我们提出了一种快速和精确的方法来分析强透镜引力波事件。该方法通过有效地使用第一图像的后验作为第二图像的先验来工作。由于其提高的速度易处理性,这种方法使两个以上的图像的联合分析。此外,它为需要大量注射的新的强透镜研究打开了大门。
2022-03-15 gr-qc
Discovering intermediate-mass black hole lenses through gravitational wave lensing
中等质量黑洞是连接恒星质量和超大质量黑洞的缺失环节,也是理解星系演化的关键。像光子一样,引力波也可以被透镜化,从而产生衍射或重复信号等可辨别的效应。我们研究了LIGO-Virgo探测器网络中中等质量黑洞偏转器的可探测性。特别是,我们模拟引力波与变量源分布透镜的天体物理人口的中等质量的黑洞,并使用标准的LIGO工具来推断这些透镜的属性。我们发现中等质量黑洞的检测在$98\%$的置信水平在很宽的范围内的二进制和镜头参数。因此,我们得出结论,中等质量黑洞可以通过LIGO-Virgo探测器网络中的引力波透镜检测。
2018-11-26 astro-ph.GA gr-qc
Observability of lensing of gravitational waves from massive black hole binaries with LISA
本文通过信息矩阵分析评估LISA对引力波透镜波动光学效应的可观测性,发现此前研究低估了其探测能力,LISA可在更高碰撞参数和更低透镜质量下探测透镜信号。
2023-05-29 astro-ph.CO gr-qc
Detectability of lensed gravitational waves in matched-filtering searches
该研究首次用GstLAL匹配滤波流水线分析透镜化引力波的可探测性,发现高最优信噪比并不保证高探测效率,且波动光学效应可使探测效率从约90%骤降至不足1%,表明需扩展模板库并重新评估致密暗物质约束。
2025-04-10 gr-qc
The First Model-Independent Upper Bound on Micro-lensing Signature of the Highest Mass Binary Black Hole Event GW231123
Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所)
研究通过mu-GLANCE方法分析GW231123及其他O4a事件,发现无强透镜证据,但发现可能的微透镜残余特征,但重波形系统误差可能掩盖透镜信号。
2026-04-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A First Investigation of Repeated-Signal Localization of Strongly Lensed Gravitational Waves for Multimessenger Astronomy
RESCEU, The University of Tokyo(东京大学);Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学)
研究通过结合多个重力透镜图像提高引力波天空定位精度,发现两图像组合可使定位区域缩小至10度平方量级,进一步提升多信使天文观测能力。
2026-04-17 astro-ph.IM gr-qc
Apparent Superluminality of Lensed Gravitational Waves
我们考虑引力波(GW)源与相关的电磁(EM)对应物,并分析在透镜的存在下,两个信号之间的时间延迟。如果GW具有与天体物理透镜的史瓦西半径相当的波长,则必须用波动光学来处理它们,而EM波通常在几何光学的近似范围内。通过具体的例子,我们确认GW信号永远不会在EM对应物之前到达,如果两者同时发出。然而,在二进制的螺旋期间,GW波形的峰值可以在它们的EM对应物之前到达。我们强调,这只是一个明显的superluminality,因为GW波形都扭曲,并进一步延迟相对于光。无论如何,测量多信使时间延迟并正确解释它对于揭示透镜的分布,测试引力的性质以及探索宇宙膨胀历史具有重要意义。
2020-07-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Search for Lensed Gravitational Waves Including Morse Phase Information: An Intriguing Candidate in O2
我们在Advanced LIGO和Advanced Virgo(O2)的第二轮观测中寻找强透镜和多重成像的引力波信号。我们利用一个新的信息源,所谓的莫尔斯阶段,这进一步减轻了搜索背景和约束可行的镜头。我们发现的最佳候选者与来自大质量双黑洞(BBH)合并的强透镜信号一致,其中三个检测到的图像由先前编目的事件GW170104和GW170814以及亚阈值触发GWC 170620组成。给定到目前为止检测到的BBH事件的数量,我们估计了三个事件之间观察到的高度参数重合的总体虚警概率$\sim 10^{-4}$。另一方面,我们测量莫尔斯相位差,这表明一个复杂的和非典型的透镜系统,至少有五个图像,包括一个放大的图像在费马势的局部最大值。多个透镜图像的低先验概率和透镜模型中所需的微调量降低了透镜假设的可信度。透镜图像之间的长时间延迟指向具有内部速度色散$σ\sim 650\,{\rm km/s}$的星系团透镜,并且观察到的应变振幅暗示了源红移的可能范围$0.4 < z \lesssim 0.7$。我们提供了一个误差椭圆$\sim 16\,{\rm deg}^2$的天空位置的源连同额外的具体限制的镜头主机系统,并鼓励后续工作,以确认或排除任何可行的镜头。如果这确实是一个透镜事件,成功地确定该系统将提供一个独特的机会来识别BBH合并的宿主星系,甚至定位其中的源。
2020-07-24 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational lensing by the supermassive black hole in the center of M31
我们研究了在星系M31中心的超大质量黑洞的弱偏转区观测引力透镜的可能性。这个黑洞比我们银河系中心的黑洞质量要大得多,这使它本身成为一个更有效的透镜。然而,它也更遥远,候选恒星源因此显得更暗淡。作为潜在的来源,我们分别考虑属于球核、盘、由P1+P2形成的三重核和最近发现的内星团P3的恒星。我们计算在给定的时间,同时透镜明星的数量作为二次图像所需的阈值星等的函数。对于K波段的观测,我们发现1.4颗预期的恒星的二次图像比K=24亮,182颗比K=30亮。对于V波段的观测,我们预计有1.3个次级像比V=27亮,271个次级像比V=33亮。核球星最有可能被超大质量黑洞透镜化,而盘星和复合核星各占10%。来自黑洞的二次图像的典型角分离范围从1质量到0.1“。对于每个人口,我们还显示了透镜源的分布作为其距离和绝对大小的函数,所生成的二次图像的预期角位置和速度,透镜事件的速率和典型持续时间。
2007-11-05 astro-ph gr-qc
Gravitational lensing of gravitational waves: universal characteristics of strongly lensed memory waveforms
College of Physics, Henan University of Technology(河南工业大学物理学院);Department of Applied Physics, College of Science, China Agricultural University(中国农业大学理学院应用物理系);School of Physics and Technology, Wuhan University(武汉大学物理科学与技术学院)
研究引力波记忆信号的强透镜效应,发现透镜化波形有依赖图像类型的特征形态和反射对称性,利用近似记忆波形确定图像类型,进而用适当模板进行引力波参数估计。
2026-07-16 gr-qc