Machine Learning based Glitch Veto for inspiral binary merger signals using Linear Chirp Transform
Indian Institute of Technology,Roorkee（印度理工学院罗尔基）；Western University,Ontario（西安大略大学）
研究针对引力波探测中毛刺影响观测可靠性的问题，采用线性啁啾变换提取特征，结合卷积神经网络、门控循环单元和注意力机制的混合深度学习架构进行分类，有效区分并合信号与毛刺，提升了观测可靠性。
2026-07-28 astro-ph.IM gr-qc
Fake massive black holes in the milli-Hertz gravitational-wave band
在引力波（GW）天文学中，源参数（如质量）的精确测量依赖于精确的波形模板。目前，模板的开发假设源，如一个二元黑洞（BBH），是居住在真空中。然而，天体物理学模型预测BBH可以在气体环境中形成，例如普通星系、恒星核心和活动星系核的吸积盘。在这里，我们重新审视气体对恒星质量BBH的GW波形的影响，重点放在早期的inspiral阶段时，GW频率是毫赫兹左右。我们发现，对于这些BBHs，气体摩擦可以主导的动态演化，因此重复的啁啾信号。在上述天体物理情景中，相关的流体动力时标$τ_{\rm gas}$可能比GW辐射时标$τ_{\rm gw}$短得多。因此，如果在数据分析中忽略气体效应，则可观察到的啁啾质量比真实啁啾质量高$(1+τ_{\rm gw}/τ_{\rm gas})^{3/5}$倍。这样的误差也会导致源距离的高估，高估因子为$(1+τ_{\rm gw}/τ_{\rm gas})$。通过在毫赫兹波段进行匹配滤波分析，我们证明了气体为主的信号实际上是无法区分的啁啾信号的那些更大规模的BBHs居住在真空环境中。这种在毫赫兹波段的假大质量物体，如果在未来没有得到适当的解释，可能会改变我们对BBH形成、演化和探测的理解。
2020-03-19 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from binary black hole mergers surrounded by scalar field clouds: Numerical simulations and observational implications
我们展示了引力波观测的双黑洞（BBH）合并可以约束的物理特性的标量场云参数化的质量$\tildeμ$和强度$ϕ_0$，可能围绕他们。我们数值研究的吸气等质量，非自旋BBH系统穿着这样的云，特别是集中在引力波信号发射的合并振铃阶段。这些波形清楚地表明，$\tildeμ$或$ϕ_0$的较大值引起标量场BBH振铃信号的幅度和频率的较大变化。我们表明，标量场BBHs的数值波形可以建模为啁啾正弦高斯，与超过95%的匹配。这一观察使人们能够采用计算昂贵的贝叶斯研究，估计参数，这样的二进制。使用我们的啁啾正弦高斯信号模型，我们建立了BBH合并在450 Mpc的距离的观测将允许区分BBH没有任何标量场与那些具有场强$ϕ_0 \gtrsim 5.5\times 10^{-3}$，在任何固定值的$\tilde μ\in [0.3,0.8]$，90%的置信度或更好，在单个探测器与先进的LIGO/室女座型灵敏度。这为通过BBH合并的引力波观测来确定或限制超轻玻色子的质量提供了希望。
2021-01-21 gr-qc
How many extra-Galactic stellar-mass binary black holes will be detected by space gravitational-wave interferometers?
在GWTC-3的基础上，讨论了空间引力波干涉仪探测银河系外双星黑洞的前景。特别地，针对具有约5-100 $M_\odot$的组分质量的BBH，我们直接并入以高显著性检测的62个BBH的啁啾质量分布。我们发现，由于减少了同动合并率和啁啾质量的加权平均，预期的检测数通常比由同一作者在GW 150914的报告后立即获得的结果小得多。对于LISA，总BBH检测估计为$N_{\rm tot}\sim 2 (T/4{\rm yr})^{3/2}(ρ_{\rm thr}/10)^{-3}$，以近单色BBH为主（$ρ_{\rm thr}$：检测阈值，$T$：观察期）。天琴将有一个与LISA相似的总检测数$N_{\rm tot}$。同时，天琴具有发现观测期内发生合并的$N_{\rm mer}\sim0.6 (T/4{\rm yr})^{7/4}(ρ_{\rm thr}/10)^{-3}$ BBH的潜力。由于最佳频带之间的差异，用于合并BBH的这个数目比LISA的数目大4-5倍。我们还研究了多个探测器联合操作的前景，发现并发观测比顺序观测更有利。
2022-01-08 astro-ph.HE gr-qc
Isolated and dynamical black hole mergers with \texttt{B-POP}: the role of star formation and dynamics, star cluster evolution, natal kicks, mass and spins, and hierarchical mergers
目前对LIGO-Virgo-KAGRA数据的解释表明，在红移$z\lesssim 1$处合并二元黑洞（BBH）的主要质量函数包含多种结构，而自旋相对较低。BBH形成在不同的环境中的理论模型可以提供一个关键来解释所观察到的合并人口，但它们需要同时处理恒星演化和动力学，星系演化和广义相对论。我们提出了\texttt{B-POP}，人口的合成工具来模拟BBH合并形成的领域或通过动态相互作用在年轻的，球状的，和核集群。使用\texttt{B-POP}，我们探讨如何BH形成渠道，星团演化，层次合并，和出生BH属性影响人口的BBH合并。我们发现，BBH合并的初始质量分布延伸到$M_1 \simeq 200\,{}$ M $_\odot$之外，并且有效自旋参数分布暗示了单个和二元BH的不同的出生自旋。观测到的BBH可以被解释为一个由$\sim 34\% \,{}(66\%)$孤立（动态）BBH组成的混合种群的成员，后者可能在红移$z>1$处占主导地位。分层合并构成了参考模型中所有合并的$4.6-7.9\%$，支配着$M_1 > 65\,{}$ M $_\odot$以外的主要质量分布。包括集群的质量损失和膨胀的原因突然下降的概率超过第三代合并发生。考虑到观测偏差，我们发现模拟合并的$2.7-7.5\%$涉及通过恒星碰撞形成的中等质量黑洞（IMBH）种子。将该百分比与观测值进行比较可能有助于我们限制…
2023-01-27 astro-ph.GA gr-qc
Fingerprints of binary black hole formation channels encoded in the mass and spin of merger remnants
双黑洞（BBH）被认为是在不同的环境中形成的，包括银河场和（球状，核，年轻和开放）星团。在这里，我们提出了一种方法来估计与这些不同的环境相关的主要BBH形成渠道的指纹。我们发现，在本地宇宙中的星系的金属丰度分布以及合并形成的领域或星团的相对数量决定的BBH人口的主要属性。我们的基准模型预测，迄今为止最重的合并，GW 170729，起源于一个密集的星团，可能是一个星系核，经历了2- 3次合并事件的祖先。该模型预测，在局部宇宙中，100个BBH合并中至少有一个合并残留物的质量为$90 < M_{\rm rem}/ {\rm ~M}_\odot \leq{} 110$，一千个中有一个可以达到$M_{\rm rem} \gtrsim 250$ M $_\odot$的质量。这样的大质量黑洞将在恒星质量和中等质量黑洞之间架起一座桥梁。低质量和高质量BBH的相对数量可以帮助我们解开不同形成通道的指纹。基于我们模型的假设，我们预计，如果整个BBH人口的$\sim 70\%$有残余质量$<50$ M $_\odot$，而$\gtrsim{}6$ \%的残余质量$>75$ M $_\odot$指向一个显着的动态形成的BBH双星的子人口的BBH合并形成的主要渠道。
2020-04-09 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Thermodynamics to infer the astrophysics of binary black hole mergers
本文引入了合并熵指数（$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$），这是一个新的度量广义相对论中任意一般双黑洞合并熵转移效率的参数。我们发现，$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$是有界的渐近最大值和最小值之间。对于LIGO和Virgo探测到的合并的观测种群，我们发现$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$是其理论最大值的$\lesssim30\%$。通过$\mathcal{I}_\mathrm{BBH}$在合并前后的状态之间施加物理上的一致性，我们展示了BRAHMA --一个新的框架来推断引力波探测的性质和天体物理意义。对于GW 190521-迄今为止观察到的最重的确认的二元黑洞合并-我们的框架排除了高质量比，负有效螺旋自旋和电磁对应物的要求。此外，我们的分析提供了一个独立的确认，GW 190521属于一个单独的群体。
2021-12-13 astro-ph.HE gr-qc
Parameter Distributions of Binary Black Hole Mergers Near Supermassive Black Holes as Seen by Advanced Gravitational Wave Detectors
星系核中的超大质量黑洞周围环境可能存在恒星质量的双黑洞。这些双星被认为与SMBH形成了一个等级三元系统，并且SMBH的引力扰动可以通过Lidov-Kozai（LK）振荡增强BBH的合并。以前的研究确定了预期的二元参数分布，这种合并渠道在单一的GN。在这里，我们考虑了SMBH周围BBH的不同空间分布和质量分布模型，并进行了直接的高精度正则化N体模拟，包括后牛顿（PN）项高达PN2.5阶，在单个GN中合并BBH种群。我们使用一个完整的吸气合并振铃波形模型的BBH与非零偏心率，并考虑到观测的选择效应，以确定一个单一的先进的引力波（GW）探测器检测到的LK引起的BBH的参数分布在宇宙中的所有GN。我们发现被探测到的合并双星的总质量分布向低质量方向倾斜，质量比分布大致均匀。红移分布的峰值在~0.15-0.55之间，绝大多数的联星会在~1.1的范围内合并。进入LIGO/Virgo/KAGRA波段的剩余偏心率>0.1的双星比例低于~ 10%。我们确定了剩余偏心率和质量参数之间的负相关性和剩余偏心率和源距离之间的负相关性。我们的参数分布和二元参数之间的相关性的结果可能会解开这个合并通道从其他BBH合并通道统计。
2022-12-06 astro-ph.HE gr-qc
On the effective spin-mass ratio relation of binary black hole mergers that evolved in isolation
Helmholtz-Instituts für Strahlen- und Kernphysik (HISKP)（亥姆霍兹辐射与核物理研究所）；Max Planck Institut für Astrophysik (MPA)（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
通过孤立双星演化模拟，发现有效自旋参数χ_eff的正偏分布及其与质量比q的反相关是自然结果，尤其稳定质量传输通道中质量比反转的并合事件增强了反相关。
2026-06-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Limits on hierarchical black hole mergers from the most negative $χ_\mathrm{eff}$ systems
有人提出，在二元黑洞（BBH）系统中的一些黑洞（BH）是由“层次合并”（HM）产生的;即较小黑洞的早期合并。这些HM产物的自旋大小为$χ\sim 0.7$，如果它们被动态组装成BBH系统，它们的自旋取向有时会与双星轨道角动量反对齐。事实上，正如Baibhav等人（2020）所示，包含HM产物的BBH系统的$\sim16\%$将具有有效的内旋自旋参数$χ_\mathrm{eff} < -0.3$。然而，LIGO-Virgo-Kagra（LVK）引力波（GW）探测器尚未观察到具有$χ_\mathrm{eff} \lesssim -0.2$的BBH系统，导致HM产物在群体中的比例上限。我们用$χ_\mathrm{eff} < -0.3$拟合了BBH系统的天体物理质量和自旋分布，并测量了BBH系统的分数，这意味着HM分数的上限。我们发现，少于$26\%$的系统在底层BBH人口包括HM产品（90\%。可信度）。即使在BBH系统与初级质量$m_1=60\,M_\odot$，HM的分数是小于69\%，这可能会限制对不稳定的质量间隙的位置。对于300 GW事件（预计在LVK的下一次观测运行中），如果我们未能观测到具有$χ_\mathrm{eff} < -0.3$的BBH，我们可以得出HM分数小于$2.5^{+9.1}_{-2.2}\%$的结论。
2022-08-24 astro-ph.HE gr-qc
An autoencoder-based surrogate waveform model for quasi-circular binary-black-hole mergers
Universitat de València（瓦伦西亚大学）；University of Valencia（瓦伦西亚大学）；Universidade do Minho（米尼奥大学）
本文提出基于自编码器的替代波形模型AESur3dq8，用于快速生成准圆形二黑洞并合的高精度波形，实现高效模板库构建并验证其与数值相对论的匹配度。
2026-10-28 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Constraining the Fraction of LIGO/Virgo/KAGRA Binary Black Hole Merger Events Associated with Active Galactic Nucleus Flares
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Peking University（北京大学）
研究通过分析GWTC-4.0中的双黑洞并合事件与ZTF数据中的耀斑相关性，得出非零的最大似然值，表明可能有部分事件与活动星系核耀斑有关，需进一步电磁观测验证。
2026-03-01 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Measuring gravitational waves from binary black hole coalescences: I. Signal to noise for inspiral, merger, and ringdown
我们估计预期的信噪比（SNR）从三个阶段（螺旋，合并，衰荡）的合并二进制黑洞（BBH）的初始和先进的地基干涉仪（LIGO/VIRGO）和天基干涉仪（LISA）。LIGO/VIRGO可以在几个到大约2000个太阳质量的质量范围内进行中等信噪比（几十个），中等精度的BBH聚并研究; LISA可以在大约10^5到10^8个太阳质量的质量范围内进行高信噪比（10^4量级）的高精度研究。BBH很可能是LIGO/VIRGO探测到的第一个源：它们的可见距离比合并的中子星双星大得多（初始干涉仪可达500 Mpc）（迄今为止被认为是LIGO/VIRGO的“面包和黄油”主力源，初始干涉仪可看到约30 Mpc）。低质量的BBH（初始LIGO干涉仪最大50个太阳质量;高级干涉仪最大100个太阳质量; LISA最大10^6个太阳质量）最好通过它们被熟知的螺旋波来搜索;更高质量的BBH必须通过它们被知之甚少的合并波和/或它们被熟知的振铃波来搜索。基于衰荡波的大质量BBH匹配滤波搜索应该能够找到质量范围为100至700太阳质量到200 Mpc（初始LIGO干涉仪）的BBH，以及200至3000太阳质量到z=1（先进干涉仪）。所需的模板数量级为6000或更少。使用“噪声监视”搜索算法，在不详细了解波形形状的情况下，基于合并波的搜索可以将检测到的大量BBH的数量增加到从螺旋波和振铃波发现的数量的10倍或更多倍。来自…
1997-11-04 astro-ph gr-qc
Optimization of model independent gravitational wave search using machine learning
相干WaveBurst（cWB）搜索算法识别LIGO-Virgo应变数据中的通用引力波（GW）信号。我们提出了一种机器学习（ML）的方法来优化管道的敏感性GW信号的特殊类称为二进制黑洞（BBH）合并。在这里，我们测试了ML增强的cWB搜索从先进的LIGO的第一次和第二次观测运行的应变数据，并成功地恢复所有BBH事件先前报告的cWB，具有更高的意义。对于模拟的事件发现的误报率小于$1\,\mathrm{yr}^{-1}$，我们证明了改进的检测效率为26%的恒星质量的BBH合并和16%的中间质量的黑洞二进制合并。为了证明ML增强搜索检测通用BBH信号的鲁棒性，我们表明它对自旋进动或偏心BBH事件具有更高的灵敏度，即使在模拟的准圆形BBH事件上进行训练时也是如此。
2021-05-11 gr-qc
Black hole binary mergers in dense star clusters: the importance of primordial binaries
本文通过理论论证和N体模拟，研究了致密星团中原初双星演化形成的双星黑洞（BBH），发现低逃逸速度下原初双星是BBH并合的主导来源，高逃逸速度下动力学作用及双星-双星相互作用则显著影响BBH的演化与并合总数。
2023-11-18 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Post-merger chirps from binary black holes as probes of the final black-hole horizon
二元黑洞的合并产生了一个高度扭曲的末态黑洞。当这个黑洞松弛时发出的引力辐射为我们提供了一个独特的机会来探测极端引力及其与黑洞视界动力学的联系。使用数值相对论模拟，我们证明了一个具体的可观察到的引力波和几何特征之间的联系的动态视视界的最终黑洞。具体来说，我们展示了如何在最后的黑洞的地平线上的“尖点”状缺陷的视线通道与“啁啾”状的频率峰值在合并后的引力波。随着LIGO和Virgo的灵敏度增加以及未来一代探测器（如LISA和爱因斯坦望远镜）的投入使用，这些合并后的啁啾应该被观察和分析。
2020-11-17 gr-qc
Implications of the low binary black hole aligned spins observed by LIGO
我们探讨了在Advanced~LIGO~O1运行在双黑洞（BBH）~合并场景中观察到的低自旋与轨道轴对齐的含义，其中合并的BBH是从场双星演化而来的。聚并时间决定了BBH的初始轨道分离。这反过来又决定了恒星在坍缩之前是否同步，从而决定了它们的投影自旋。短的聚结时间意味着同步和大的自旋。在已知的恒星天体中，Wolf-Rayet~（WR）星似乎是唯一与LIGO~O1观测到的低排列自旋一致的祖先，前提是轨道轴在坍缩期间保持其方向。计算了局域宇宙中BBH并合的自旋分布和WR前身核的红移演化。假设BBH的形成率峰值附近的红移$\sim 2\,$-$\,3$，我们表明，BBH合并在本地宇宙中占主导地位的低自旋事件。在红移为$\sim0.5\,$-$\,1.5$时，高自旋粒子数开始占优势。WR星也是长伽玛射线暴（LGRB）的祖先，其发生速率与BBH合并相当。我们讨论这两种现象之间的可能联系。此外，我们还证明了假设的星族~III恒星祖先也是可能的。虽然WR和Population~III的祖先与目前的数据是一致的，这两个模型预测的高对齐自旋BBH合并的非零分数。如果在即将到来的LIGO/Virgo运行中没有检测到这些，那么观察到的BBH不太可能通过现场双星形成。
2017-04-19 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Computing the merger of black-hole binaries: the IBBH problem
双黑洞涡卷和合并过程中产生的引力辐射是大尺度干涉引力波观测的一个很有希望的观测对象。本文讨论了搜索这种辐射和解释任何观测到的波的一个严重障碍：目前的计算技术无法通过最后10个内旋轨道（约100弧度的引力波相位）来演化BBH。提出了一套新的数值相对论技术来解决这个"中间双星黑洞"（IBBH）问题：（i）在与BBH同向旋转的坐标系中进行数值演化，其中度规系数在长时间尺度的inspiral上演化;（ii）在数学上冻结不受波激发的引力自由度的技术。
1998-04-22 gr-qc
On the single-event-based identification of primordial black hole mergers at cosmological distances
原始黑洞（PBH）的存在，可能是由大爆炸后不久的物质超密度坍塌形成的，仍然存在争议。在PBH的潜在特征中，有引力波（GW）是从红移为$z\gtrsim 30$的双黑洞（BBH）合并中发射出来的，在那里不太可能形成天体物理学上的黑洞。未来的地面GW探测器，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够在这样的距离上观测到总质量为$\mathcal{O}(10-100)~M_{\odot}$的等质量BBH合并。在这项工作中，我们调查是否一个单一的BBH源的红移测量可以精确到足以建立其原始起源。我们模拟了不同质量，质量比和轨道取向的BBHs。我们表明，对于总质量在$20~M_{\odot}$和$40~M_{\odot}$之间的BBH，在$z \geq 40$合并，可以推断$z>30$在高达97%的可信度，与一个爱因斯坦望远镜，一个40公里的宇宙探测器在美国和一个20公里的宇宙探测器在澳大利亚的网络。在美国，一个由一个爱因斯坦望远镜和一个40公里的宇宙探测器组成的较小的网络测量$z>30$的可信度大于90%，大约有一半的来源比更大的网络。然后，我们评估的依赖性，这一结果的贝叶斯红移先验用于分析，特别是相对丰富的BBH合并起源于第一恒星，和原始BBH合并。
2021-09-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Unveiling the Fingerprint of Eccentric Binary Black Hole Mergers
本研究通过数值相对论模拟，发现偏心双黑洞并合中峰值光度、质量、自旋及反冲速度随初始偏心率普遍振荡，并首次揭示螺旋状内部精细结构——“指纹”，对理解其动力学与天体物理具有重要意义。
2023-11-15 gr-qc
Characterizing the effect of eccentricity on the dynamics of binary black hole mergers in numerical relativity
本文利用RIT目录中的大量数值相对论模拟，系统研究初始偏心率对双黑洞并合动力学量的影响，并首次发现无自旋双黑洞中动力学量与初始偏心率之间普遍存在振荡现象。
2024-11-20 gr-qc
The Observed Rate of Binary Black Hole Mergers can be Entirely Explained by Globular Clusters
自2015年第一个信号以来，LIGO和Virgo合作（LVC）对合并双星黑洞（BBH）的引力波探测已经完全改变了我们对紧凑物体双星生命和死亡的理解，并激发了大量关于这些物体天体物理起源的理论工作。我们表明，Abbott等人（2020）的BBH的红移相关合并率的唯象拟合与这些物体的纯动力学起源一致，并且LVC中BBH的当前合并率可以完全用球状星团来解释。虽然这并不能证明，球状星团是占主导地位的形成渠道，我们强调，许多形成的情况下，可以贡献一个显着的部分，目前的LVC率，任何分析，假设一个单一的（或占主导地位的）机制，生产BBH合并隐含使用似是而非的天体物理先验。
2021-01-27 astro-ph.HE gr-qc
A light in the dark: searching for electromagnetic counterparts to black hole-black hole mergers in LIGO/Virgo O3 with the Zwicky Transient Facility
活动星系核的吸积盘是引力波观测到的致密天体合并的有利场所。活动星系核内的合并嵌入在重子丰富的高密度环境中，是唯一必须发生电磁（EM）对应物（无论是否可检测）的GW通道。考虑到活动星系核与不寻常的耀斑活动观察到的Zwicky瞬态设施（ZTF），我们描述了一个搜索候选EM对应的二元黑洞（BBH）合并检测LIGO/室女座在O3。在去除可能的误报后，我们发现9个候选对应BBH合并合并O3（7在O3 a，两个O3 b）与$p$值为0.019。基于ZTF的天空覆盖，活动星系核的几何形状和合并的几何形状，我们预计$\approx 3(N_{\rm BBH}/83)(f_{\rm AGN}/0.5)$潜在的可检测的EM对应物从O3，其中$N_{\rm BBH}$是观察到的BBH合并的总数和$f_{\rm AGN}$是起源于活动星系核的分数。为了减少我们的假阳性率，需要进一步模拟活动星系核盘中的爆发和耀斑现象。其中两个事件也与总质量为$> 100M_\odot$的合并有关，如果在活动星系核通道中发生分层（大质量）合并，这是O3的预期速率。在未来的GW观测运行中，候选EM对应物可以更好地受到南部天空覆盖范围以及LIGO/Virgo警报卷中异常AGN耀斑事件的光谱监测的约束。未来一套可靠的活动星系核电磁对应的BBH合并将产生一个独立的手段来测量宇宙膨胀（$H_0$）作为红移的函数。
2022-09-26 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Probing multiple populations of compact binaries with third-generation gravitational-wave detectors
第三代（3G）引力波（GW）探测器将能够观测到红移高达$\sim 30$的双黑洞合并（BBH）。这使得前所未有的进入整个宇宙历史的BBH的形成和演化。本文考虑了三种起源于不同演化通道的黑洞子群：星系场中孤立形成的黑洞、球状星团中动力学形成的黑洞和由高红移的第三族（PopIII）星形成的黑洞并合。使用来自群体合成分析的输入，我们创建了由两个宇宙探索者和一个爱因斯坦望远镜组成的3G探测器网络的两个月的模拟数据，其中包括$\sim16000$场和集群BBHs以及$\sim400$ Pop III BBHs。首先，我们展示了如何使用非参数模型来推断合并率分布中的主峰和次峰的存在和特征。特别地，由Pop III残留物合并产生的$z\approx 12$周围的次级峰的位置和高度可以被限制在$\mathcal{O}(10\%)$水平。然后，我们进行了建模分析，使用唯象模板的合并率的三个子群体，并提取的分支比和合并率密度的特征参数的个别形成通道。利用这种建模方法，可以将Pop III BBH分数测量的不确定度提高到$\lesssim 10\%$，而场和团簇BBH之间的比率可以以$\sim 50\%$的不确定度测量。
2021-07-13 astro-ph.CO gr-qc
Charged Black Hole Mergers: Orbit Circularisation and Chirp Mass Bias
我们考虑带有U（1）荷的黑洞的内旋，U（1）荷不是电磁的，而是对应于某个暗扇区。在弱场、低速区，分量遵循开普勒轨道。我们研究了偶极占主导地位的发射的轨道参数如何演变，并发现轨道很快circularises，虽然没有有效的引力占主导地位的排放。然后，我们考虑圆形轨道，并从携带小电荷的组件中寻找引力波形的修改。考虑到这一点，我们用简化的LIGO噪声填充波形，并对其进行匹配滤波程序，其中模板库仅由不带电的模板组成，重点关注电荷对啁啾质量估计的影响。我们发现一个一致的高估的“广义”啁啾质量，和一个可能的过度和低估的实际啁啾质量。最后，我们简要地考虑双曲线遇到这样的费用的影响，再次发现解释的广义啁啾质量作为实际啁啾质量所产生的偏见。
2021-01-14 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
Study of eccentric binary black hole mergers using numerical relativity and an inspiral-merger-ringdown model
本研究实现并验证了偏心双黑洞波形模型\texttt{EccentricIMR}，确认其在一定偏心率与质量比范围内与数值相对论数据匹配良好，还用于交叉比对不同星表数据、检验圆轨道并合模型及探究平近点角的作用。
2024-03-06 gr-qc
Indication for a compact object next to a LIGO-Virgo binary black hole merger
本研究针对双黑洞并合起源问题，通过含视向加速度的波形模板分析引力波数据，发现GW190814事件旁存在第三个致密天体的首个观测证据，支持活动星系核盘起源假说。
2025-08-03 astro-ph.HE gr-qc
Search for binary black hole mergers in the third observing run of Advanced LIGO-Virgo using coherent WaveBurst enhanced with machine learning
在这项工作中，我们使用的相干WaveBurst（cWB）管道增强与机器学习（ML）搜索二进制黑洞（BBH）合并在先进的LIGO-Virgo应变数据从第三次观测运行（O3）。我们检测，具有同等或更高的意义，所有的引力波（GW）事件先前报告的标准cWB搜索BBH合并在第三GW瞬态目录（GWTC-3）。ML增强的cWB搜索从目录中识别出先前被标准cWB搜索遗漏的五个附加GW候选事件。此外，我们确定了三个边缘候选事件没有在GWTC-3中列出。对于模拟事件均匀分布在一个基准体积，我们提高了检测效率相对于标准cWB搜索约$20\%$恒星质量和中等质量的黑洞二进制合并，检测到的误报率小于$1\,\mathrm{yr}^{-1}$。我们显示的鲁棒性的ML增强搜索检测的通用BBH信号报告增加的灵敏度的自旋旋进和偏心BBH事件相比，标准的cWB搜索。此外，我们比较了ML增强的cWB搜索不同的检测器网络的改进。
2022-01-05 gr-qc
On the Stochastic Gravitational Wave Background from Binary Black Hole Mergers Dynamically Assembled in Dense Star Clusters
本研究利用先进数值模型计算致密星团中动力学组装的双黑洞并合产生的随机引力波背景，发现星团诞生特性影响其幅度与频谱，未来探测器有望探测到该背景，且引力波数据可约束星团诞生特性。
2024-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Gravitational Waves from Binary Black Hole Mergers Inside of Stars
我们提出了一个受控的数值实验的结果，研究恒星密度气体对双星黑洞（BBHs）合并和由此产生的引力波（GW）的影响。这项调查的动机是提出的恒星核心碎裂的BBH形成的情况和相关的可能性的电磁对应的BBH GW事件。我们采用完全数值相对论和广义相对论流体力学相结合的方法，在具有真实恒星密度的气体中建立了一个$30 + 30 M_\odot$ BBH模型（由GW 150914激发）。我们的研究结果表明，在密度$ρ\gtrsim 10^6 - 10^7 \, \mathrm{g \, cm}^{-3}$的BH和气体之间的动态摩擦改变的聚结动力学和GW的信号在一个明白无误的方式。我们发现，对于GW150914，LIGO观测最终排除了$ρ\gtrsim 10^7 \, \mathrm{g\,cm}^{-3}$恒星气体内部的BBH合并。大质量恒星坍缩核心的典型密度超过这个密度。这排除了形成GW 150914的碎片化情况。
2017-09-19 astro-ph.HE gr-qc
Compactness Inference in Gravitational-Wave Mergers with PhenomDECO: Catalog Benchmarks and Robustness Diagnostics
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth（朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所）；Gravity Exploration Institute, Cardiff University（卡迪夫大学重力探索研究所）
利用PhenomDECO模型对GWTC-3中高显著性双黑洞事件进行致密性测试，发现多数事件与双黑洞一致，但低频噪声可导致虚假低致密性模式，强调低频数据处理的重要性。
2026-07-21 gr-qc
Gravitational-wave merging events from the dynamics of stellar mass binary black holes around the massive black hole in a galactic nucleus
研究了包含大质量黑洞（MBH）的星系核中恒星质量双星黑洞（BBH）的动力学演化。为了更全面地研究它们的合并事件，我们同时考虑了BBH的非共振弛豫和共振弛豫，BBH与场星的双星-单星相遇，Kozai-Lidov（KL）振荡以及BBH与中心MBH的近距离相遇，这些事件通常会导致双星的潮汐破裂。由于BBH通常比背景星重，它们通过质量分离下沉到中心，使得KL振荡成为合并BBH的重要影响。双星-单星碰撞不仅可以导致BBH的软化和电离，还可以使它们硬化，从而显著提高合并速率。BBH的合并主要是由包含质量小于$10^8 M_\odot$的MBH的星系贡献的，并且总事件速率可能在$1$ - $10$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$的数量级，取决于对核团的详细假设。当引力波振荡频率进入LIGO波段（$10$ \，Hz）时，这些BBH并合的$3-10\%$约有偏心率$\ge 0.01$。我们的研究结果表明，星系核内的BBH合并是Advanced LIGO/Virgo探测器探测到的合并事件的一个重要来源，当事件积累足够多时，可以将其与来自星系场和球状星团的BBH合并区分开来。
2019-04-19 astro-ph.GA gr-qc
Can BBH Merger GW Data Constrain Corrections to Bekenstein-Hawking Entropy ?
本文研究了双黑洞并合引力波数据对Bekenstein-Hawking熵加性修正的约束，指出旋进与残余黑洞熵修正的差异受观测界限限制，若修正遵循Hawking面积定理则保证一致性，否则受非平凡约束。
2024-08-27 gr-qc
Prospects for the formation of GW231123 from the AGN channel
本文利用McFACTS代码研究AGN通道中黑洞初始质量函数对BBH并合的影响，证明GW231123可由AGN动力学通道产生，且其质量和自旋最符合第四代与第三代黑洞并合。
2025-08-19 astro-ph.HE gr-qc
Implications of binary black hole detections on the merger rates of double neutron stars and neutron star-black holes
我们证明了利用先进LIGO（aLIGO）探测到的双星黑洞（BBH）的合并速率和啁啾质量可以用来限制宇宙中双中子星（DNS）和中子星-黑洞（NSBH）的合并速率.我们通过考虑一组公开可用的\citet{Dominik:2012kk}群体合成模型明确地证明了这一点，并表明如果aLIGO观察到的所有BBH合并，GW 150914，LVT 151012，GW 151226和GW 170104都来自孤立的二元进化，预测的DNS合并率可以被约束为$2.3-471.0$ ~ \rate ~，而NSBH合并率将被约束为$0.2-48.5$ ~ \rate。DNS合并率没有太大的限制，但NSBH费率与以前的费率相比收紧了$\sim 4$的系数。注意，这些受约束的DNS和NSBH速率是非常依赖于模型的，并且使用\citet{Dominik:2012kk}的相同模型分别与无约束值$2.3-472.5$ \rate ~和$0.2-218$ \rate进行比较。这些速率估计可能对短伽马射线暴祖先模型有影响，假设它们（仅）由DNS或NSBH合并提供动力。虽然这些结果是基于一组开放访问的人口合成模型，这可能不一定是代表性的，所提出的方法是非常普遍的，可以应用于任何数量的模型，从而产生更现实的约束的DNS和NSBH合并率从推断BBH合并率和啁啾质量。
2017-10-26 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Reconstructing gravitational wave signals from binary black hole mergers with minimal assumptions
我们提出了一个系统的比较二进制黑洞（BBH）信号波形重建两个独立的和互补的方法，用于LIGO和Virgo源推断：基于模板的分析，和形态独立的分析。我们将这两种方法应用于实际事件和两组模拟观测，通过将模拟BBH信号添加到LIGO和Virgo探测器噪声中。第一组是第一个引力波瞬变目录（GWTC-1）中的10个BBH事件的代表。第二组是由总质量和信号强度在地面探测器通常敏感范围内的BBH系统构成的。我们发现GWTC-1事件的重建质量与两组模拟信号的结果是一致的。我们还演示了一个模拟的情况下，在所观察到的信号，即高阶模式，可以通过形态独立的分析确定的存在下的误模效应。这项研究与LIGO和Virgo目前正在进行的和未来的观测运行有关。
2020-09-22 gr-qc
Multiband Observation of LIGO/Virgo Binary Black Hole Mergers in the Gravitational-wave Transient Catalog GWTC-1
先进的LIGO和Virgo探测器开启了研究宇宙中黑洞（BH）的新时代。一群恒星质量的双星BH（BBH）被发现比以前预期的要重。这些重型BBH为我们提供了一个机会，实现多波段观测与地基和天基引力波（GW）探测器。在这项工作中，我们使用的BBH发现的LIGO/Virgo合作作为不容置疑的例子，并详细研究了在不久的将来与GW探测器的多波段观测的前景。我们将Fisher矩阵应用于旋转，非旋进的吸气合并振铃波形，同时充分考虑天基GW探测器的运动。我们的分析表明，探测器的分赫兹灵敏度有望记录恒星质量的BBH信号具有非常大的信噪比，并提供准确的参数估计，包括天空的位置和时间合并。此外，多个探测器的组合将实现对BBH性质的前所未有的测量。作为一个明确的例子，我们提出了多波段的敏感性，一般偶极辐射的黑洞，这是非常重要的等效原理的基础上的引力，特别是那些理论预测曲率诱导标量化的黑洞。
2020-05-27 astro-ph.HE gr-qc
A new approach to constrain the Hubble expansion rate at high redshifts by gravitational waves
探测高红移的大质量双黑洞合并是LISA空间任务的一个目标。虽然BBH并合的个别质量是红移的，但BBH并合的质量比与它们的红移无关。因此，如果质量比和红移之间存在独立的相关性，这种关系可以用来i）推断合并双星的红移，并与光度距离测量（$D_L$）一起，限制宇宙在高红移$H(z)$的膨胀率，和ii）限制宇宙中超大质量黑洞种子形成的模型假设一个固定的宇宙学。我们讨论了为什么大质量BBH的质量比与它们的红移之间存在预期的关系，并通过分析BBH合并的宇宙学流体动力学模拟显示了这种关系的线索。这种方法开辟了直接测量红移$z \approx 2$膨胀率的可能性与LISA的第一次。此外，我们发现了种子质量和质量比的大规模BH本身是一个主要的结果，可以利用限制超大质量BH种子的形成方案之间的趋势。
2022-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The redshift evolution of the binary black hole merger rate: a weighty matter
引力波探测器开始揭示双黑洞（BBH）合并率（$R_{\mathrm{BBH}}(z)$）的红移演化。我们预测$R_{\mathrm{BBH}}(z)$作为一个功能的黑洞质量的系统起源于孤立的双星。为此，我们调查的延迟时间和黑洞质量之间的相关性，通过一套二进制人口合成模拟，COMPAS。我们区分两种渠道：公共包络（CE）和稳定罗氏瓣溢出（RLOF）信道，其特征在于系统是否经历了公共包络。我们发现CE通道优先产生质量低于$30\rm{M}_{\odot}$和短延迟时间（$t_{\rm delay} \lesssim 1$ Gyr）的BH，而稳定的RLOF通道主要形成BH质量高于$30\rm{M}_{\odot}$和长延迟时间（$t_{\rm delay} \gtrsim 1$ Gyr）的系统。我们提供了一个新的适合的金属丰度特定的恒星形成率密度的基础上的Illustris TNG模拟，并使用此转换成预测的$R_{\mathrm{BBH}}(z)$的延迟时间分布。这导致了一个不同的红移演化$R_{\mathrm{BBH}}(z)$的高和低的初级BH质量。我们还发现，在高红移，$R_{\mathrm{BBH}}(z)$是由CE通道占主导地位，而在低红移，它包含了一个大的贡献（$\sim 40\%$）从稳定的RLOF通道。我们的研究结果预测，随着红移的增加，组分质量高于$30\rm{M}_{…
2022-05-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Being Careful with the Field Formation Interpretation of GW190412
LIGO/Virgo科学合作组织最近宣布探测到一个紧凑物体双星合并，GW 190412，这是第一个质量比为$q\approx0.25$的非对称双星黑洞（BBH）合并。除了质量比之外，该BBH已经显示出具有大约$χ_{\rm eff}\approx0.28$的正有效自旋。假设一个场形成通道，将这个有效自旋与初级BH或次级BH相关联，每个都有其含义：如果BBH的自旋来自初级BH，它会影响BH形成过程中角动量输运的效率。另一方面，如果自旋是由于次级黑洞通过潮汐自旋上升过程引起的，则必须注意：（i）这种过程具有非常短的延迟时间，（ii）随后，它们的局部合并速率由假定的BBH形成金属丰度下的局部恒星形成速率决定。我们表明，从这个通道的预测合并率密度是$\lesssim 0.3~\rm Gpc^{-3} yr^{-1}$和张力与相当高的本地合并率等系统，我们估计从这个单一的事件是$\sim 1.7^{+2.5}_{-1.4}~\rm Gpc^{-3} yr^{-1}$（90\%的置信区间，并假设50天的观测时间）。需要大的出生反冲（$v\gtrsim 500\,{\rm km/s}$）来获得这种具有面内自旋分量的BBH，以解释GW 190412中进动的边缘检测。然而，这只会加剧紧张局势，因为估计的当地合并率将进一步下降。类似地，通过动力学组装形成这样的系统是非常罕见的，这使得这个系统很难用目前…
2020-07-06 astro-ph.HE gr-qc
Does the Black Hole Merger Rate Evolve with Redshift?
我们探讨引力波探测器的能力，以提取红移分布的二元黑洞（BBH）合并。合并率在红移$0 < z \lesssim 1$的演变直接关系到形成和进化过程，提供洞察力的祖形成率以及形成和合并之间的时间延迟的分布。由于BBH被探测到的极限距离取决于双星的质量，因此被探测到的双星的红移分布取决于它们的质量分布。因此，我们同时考虑质量和红移分布，并拟合合并率密度，${dN}/{dm_1\,dm_2\,dz}$。我们对质量分布的限制与以前发表的结果一致，包括在$\sim 40 \ M_\odot$的上限质量截止的证据。此外，我们表明，目前的一组六个BBH检测是一致的合并率密度是均匀的共动量。虽然我们对红移分布的限制还不足以区分BBH形成通道，我们表明，它将有可能区分不同的天体物理动机的合并率演化模型与$\sim 100$- $300$ LIGO室女座探测（预计在2- 5年）。具体来说，我们将能够推断形成速率的峰值是否高于或低于恒星形成速率的红移，或者形成和合并之间的典型时间延迟。同时，通过$\sim 100$探测，推断出的红移分布将对更奇异的情况（如修正引力）产生约束。
2018-08-22 astro-ph.HE gr-qc
When are LIGO/Virgo's Big Black-Hole Mergers?
我们研究了双黑洞（BBH）质量分布在宇宙时间中的演化。来自LIGO/Virgo的第二个引力波瞬变目录（GWTC-2）包含红移为$z \sim 1$的BBH事件，其分量质量在$\sim5$ - $80\,M_\odot$范围内。在这个目录中，最大的黑洞，$m_1 \gtrsim 45\,M_\odot$，只有在最高的红移，$z \gtrsim 0.4$。我们问，在低红移的高质量BBH观测的缺乏是否表明天体物理BBH质量分布的演变：最大的BBH只合并在高红移，并停止合并在低红移。或者，这个特征可以用引力波选择效应来解释。将BBH初级质谱建模为具有尖锐的最大质量截止的幂律（截断模型），我们发现截止随红移而增加（$> 99.9\%$可信度）。在（脉动）对不稳定超新星模拟中，预计质谱会突然截止;然而，GWTC-2只有在截止位置从$z < 0.4$的$45^{+13}_{-5}\,M_\odot$增加到$z > 0.4$的$80^{+16}_{-13}\,M_\odot$时，才与截断质量模型一致。或者，如果一级质谱在${38^{+15}_{-8}\,M_\odot}$处具有幂律中断（中断幂律），而不是锐截止，则数据与非演化质量分布一致。在这种情况下，在所有质量下，合并的总速率随着红移的增加而增加。未来的观测将自信地区分一个随红移而演化的最大质量截断和一个逐渐变细的非演化质量分布，如破碎的幂律。…
2021-05-11 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave backgrounds from coalescing black hole binaries at cosmic dawn: an upper bound
Advanced LIGO-Virgo对双星并合事件的连续发现揭示了双星黑洞（BBH）的统计性质。随机引力波背景（GWB）是探索这些致密合并的宇宙学演化的有用工具。在本文中，我们研究了由BBH合并产生的GWB的上界，其恒星祖先在宇宙黎明时控制着再电离过程。由于这些先驱体的早期再电离产生了与{ \it Planck}测量不一致的宇宙高光学深度，累积质量密度被限制为$ρ_\star \lesssim 10^7~M_\odot~{\rm Mpc}^{-3}$。即使有这个上限，由于高$z$ BBH合并的GWB的幅度预计在$f\simeq 25$ Hz时高达$Ω_{\rm gw}\simeq 1.48_{-1.27}^{+1.80}\times 10^{-9}$，而它们在当今的合并率与观察到的GW事件率一致或低于GW事件率。这种水平的GWB在先进的LIGO-Virgo的设计灵敏度下是可检测的，并且将指示高- $z$ BBH人口对本地GW事件的主要贡献。光谱指数预计将大大平坦的正则值的$\simeq 2/3$一般产生较低的红移和质量较小的BBH。此外，如果它们的质量函数比在本地宇宙中更头重脚轻，GWB谱甚至更倾向于较低的频率，这将使我们能够提取在高红移合并BBH的质量函数的信息。
2021-08-18 astro-ph.CO gr-qc
Distinguishing the Demographics of Compact Binaries with Merger Entropy Index
本文提出并合熵指数作为新判据，通过分析LVK目录事件，区分双黑洞及中子星-黑洞的形成通道，并成功识别GW190521为第二代并合、GW230529偏向中子星-黑洞事件。
2024-11-05 astro-ph.HE gr-qc
Modelling the formation of the first two neutron star-black hole mergers, GW200105 and GW200115: metallicity, chirp masses and merger remnant spins
这两颗中子星-黑洞合并（GW 200105和GW 200115）是由先进的LIGO和Virgo在引力波中观测到的，标志着自然界中首次发现此类双星。我们利用粒子数合成网格模型，通过孤立双星演化研究了这两个中子星-黑洞系统。利用双星的质量和自旋观测（啁啾质量、有效自旋和剩余自旋），我们探讨了它们在不同金属丰度环境中不同的可能形成通道。我们的模型仅在假设黑洞不旋转时支持LIGO数据。我们的研究结果表明，强烈的偏好，GW 200105和GW 200115形成的恒星与亚太阳金属丰度$Z\lesssim 0.005$。只有两个富金属（$Z=0.02$）模型与GW 200115一致。我们还发现，啁啾质量和剩余自旋共同帮助约束模型，而有效的自旋参数不添加任何进一步的信息。我们还提出了可观察到的（即后选择效应）的中位数值的自旋和质量分布从我们的所有模型，这可能会被用作参考，为未来的合并。此外，我们发现剩余自旋参数分布在不同的中子星-黑洞子群体中表现出不同的特征。我们发现，非旋转的，第一个出生的黑洞占主导地位的合并显着的中子星-黑洞人口，确保电磁同行这样的合并是罕见的事情。
2022-05-05 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Measuring properties of primordial black hole mergers at cosmological distances: effect of higher order modes in gravitational waves
原始黑洞（PBH）可能是在大爆炸后不久由物质超密度坍缩而形成的。人们可以通过观测在高红移$z\gtrsim 30$处合并的PBH双星的引力波（GW）辐射来识别它们的存在，在高红移处天体物理学双星黑洞（BBH）不太可能合并。下一代地面GW探测器，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够观察到总质量为$\mathcal{O}(10-100)~M_{\odot}$的BBH在这样的红移。本文作为arXiv：2108.07276的姊妹论文，重点关注波形建模中高阶模（HoM）对源参数估计的影响，这些高阶模可能对这些高红移BBH是可检测的。我们进行贝叶斯参数估计，以获得测量的不确定性与和没有HoM建模的波形源具有不同的总质量，质量比，轨道倾角和红移观察到的下一代GW探测器网络。我们表明，包括HoMs的波形模型减少了红移和质量的不确定性的两个因素，这取决于确切的源参数。然后，我们讨论了识别PBH与改进的单事件测量的影响，并扩大调查的模型依赖性之间的相对丰度的BBH合并起源于第一恒星和原始BBH合并arXiv：2108.07276所示。
2022-10-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Time-frequency structure in the post-merger binary black hole gravitational wave signal
本文研究并合后双黑洞引力波信号的时频结构，发现强对齐自旋诱发额外时频峰，轻微进动自旋影响辐射功率分布，支持并合后信号与视界几何相关的理论。
2025-05-23 gr-qc
Conformally flat, quasi-circular numerical simulations of the gravitational wave chirp from binary neutron star merger GW170817
Center for Astrophysics, Department of Physics, University of Notre Dame（圣母大学天体物理中心物理系）；Center for Research Computing, University of Notre Dame（圣母大学计算研究中心）
本文通过共形平坦、准圆轨道近似下的相对论数值模拟，校准了GW170817引力波啁啾信号，验证了近似有效性，并建立了约束核状态方程的新方法。
2021-03-08 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Great Balls of FIRE IV. The contribution of massive star clusters to the astrophysical population of merging binary black holes
本文通过建立三种大质量星团形成模型并结合宇宙学模拟与星团蒙特卡洛动力学预测，估计星团动力学形成的并合双黑洞本地并合率为1-10 Gpc⁻³yr⁻¹，可占近邻宇宙总并合率的多达一半，揭示该渠道的重要贡献。
2025-03-05 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Binary Black Hole Mergers from LIGO/Virgo O1 and O2: Population Inference Combining Confident and Marginal Events
我们进行统计推断的天体物理人口的二进制黑洞（BBH）合并期间观察到的高级LIGO和高级处女座，包括事件报告中的GWTC-1和IAS目录。我们得到一个新的形式主义，充分和一贯的任意意义的事件。我们进行了一个软件注入活动，以获得一组模拟天体物理事件受到我们的选择效果，并使用搜索背景计算的天体物理概率$p_{\rm astro}$的候选事件的BBH人口的几个唯象模型。我们强调，$p_{\rm astro}$的值取决于天体物理和背景模型。最后，我们结合单个事件的信息来推断合并的速率，自旋，质量，质量比和红移分布。现有的人口不区分随机自旋的有效自旋参数的传播，和一个小的，但非零的事件从潮汐扭矩恒星祖先的分数。质量分布与截止值为$m_{\rm max} = 41^{+10}_{-5}\,\rm M_\odot$的分布一致，而质量比有利于质量相等;平均质量比为$\bar q> 0.67$。速率随红移没有明显的变化。结果表明，当BBH的初始质量在20和$30\, \rm M_\odot$之间，质量比$q > 0.5$和$z \sim 0.2$为1.5：$5.3\,{\rm Gpc^{-3} yr^{-1}}$（90 c.l.）时，BBH的合并率仅限于BBH;这些边界是模型无关的，并且是PDMATHAMT的一个因素，比所有BBH合并的局部速率更紧，因此是对所有祖模型的鲁棒约束。包括在我们的目录中的事…
2020-11-13 astro-ph.HE gr-qc
Constraining the number of spacetime dimensions from GWTC-3 binary black hole mergers
在修正的引力模型中，允许额外的非紧致时空维度，来自引力波的能量可以泄漏到这些额外的时空维度，导致观测到的引力波的振幅减小，从而在引力波源的光度距离推断中成为潜在系统学的来源。由于二进制黑洞（BBH）合并是标准的警报器，我们使用对不稳定超新星（PISNe）的质量间隙和预测的功能，以确定一个质量尺度，从而能够打破质量红移简并。我们同时适合BBH人口和额外的时空维度参数的引力泄漏模型使用BBH观测最近发布的GWTC-3目录。通过对时空维数的限制，我们发现$D= 3.95^{+0.09}_{-0.07}$在$68\%$ C.L.对于独立于筛选尺度的模型，发现GWTC-3约束与GW 170817及其电磁对应物的约束一样具有竞争力。对于重力泄漏低于一定的筛选规模$R_c$的模型，我们发现$D=4.23^{+1.50}_{-0.57}$和$\log_{10} R_c/{\rm Mpc}= 4.14^{+0.55}_{-0.86}$与过渡陡度$\log_{10} n = 0.86^{+0.73}_{-0.84}$的泄漏，这对于第一个约束共同与BBH人口在宇宙学距离。这些约束与广义相对论（GR）一致，其中引力波在$D=3+1$时空维度中传播。使用BBH群体来探测对标准宇宙学模型的修改，提供了对GR的独立测试，该测试不依赖于任何电磁信息，而纯粹依赖于引力波观测。
2021-12-14 astro-ph.HE gr-qc
The Eccentric and Accelerating Stellar Binary Black Hole Mergers in Galactic Nuclei: Observing in Ground and Space Gravitational Wave Observatories
基于GNC方法研究了星系核中的恒星双星黑洞的吸合问题。我们发现，所有新生的BBH的$3-40\%$最终将合并由于各种动力学效应。在为期5年的任务中，aLIGO、Einstein/DECIGO、天琴/LISA/太极的SNR $>8$分别探测到了高达$10^4$、$10^5$、$\sim100$的星系核吸合黑洞。在LISA/太极/天琴和aLIGO中均检测到约10个。这些黑洞具有两个独特的特征：（1）显著的偏心率。$1-3\%$、$2-7\%$或其中的$30-90\%$分别与$e_i>0.1$一起进入aLIGO、爱因斯坦或空间天文台。如此高的偏心率为GW 190521的偏心率提供了可能的解释。在进入aLIGO/Einstein之前，大多数高偏心BBH在LISA/天琴/太极中无法检测到，因为它们的应变仅在$f_{\rm GW}\gtrsim0.1$ Hz处变得显著。DECIGO成为探测这些事件的理想观测站，因为它可以完全覆盖上升阶段。(2)高达$2\%$的BBH可以在距离大质量黑洞（MBH）$\lesssim10^3 r_{\rm SW}$的距离处螺旋/合并，具有显著的加速，使得它们中的$\sim10-10^5$的多普勒相位漂移可以在空间观测站中用SNR $>8$检测到。这些BBH贡献的引力波背景能量密度在$f_{\rm GW}\lesssim 1$ mHz处偏离$2/3$的幂律斜率。这些…
2022-02-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Are the black hole remnants produced from binary black hole mergers in GWTC-3 thermodynamically stable?
黑洞热力学为引力、热力学和量子理论之间的深刻而基本的联系提供了强有力的线索。如果黑洞的行为确实像一个自然的热力学系统，那么它在清洁的环境中应该是热力学稳定的。本文利用LIGO、Virgo和KAGRA探测器观测到的双星黑洞（BBH）合并的观测数据，检验了LIGO-Virgo-KAGRA星表GWTC-3中由BBH合并产生的黑洞残余物是否是热力学稳定的。热力学稳定性的判据非常简单，并且与黑洞的自旋直接相关，即热力学稳定的黑洞残余物需要其无量纲自旋$a>a_* \simeq 0.68$。我们对GWTC-3中83个黑洞残骸的最终自旋$a_f$的后验分布进行了检验，发现整个残骸总体符合具有$99.98\%$概率的双稳态黑洞.这是首次验证了由BBH合并产生的黑洞残余物的热力学稳定性。
2022-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
