Approximate helical symmetry in compact binaries
本文利用后牛顿理论计算BMS螺旋荷通量，预测准圆非进动双星的螺旋对称性在5PN阶开始破缺，并通过113个SXS数值相对论波形验证了该预测。
2025-02-04 astro-ph.HE gr-qc
Post-newtonian analysis of precessing convention for spinning compact binaries
利用牛顿轨道角动量${\bf L_{\rm N}}$构造的进动源坐标系可以用来模拟一般自旋致密双星的内旋引力波。这种旋进惯例的一个吸引人的特征是它能够从轨道相位演化中去除所有自旋旋进引起的调制。然而，这种约定通常采用后牛顿（PN）精确的岁差方程，适用于PN精确的轨道角动量${\bf L}$，以发展基于${\bf L_{\rm N}}$的岁差源框架。这影响了我们开发的inspiral波形自旋致密双星的进动公约，明确采用${\bf L}$来描述的二进制轨道。我们的方法介绍了某些额外的3PN阶项的轨道相位和频率的演化方程相对于通常的${\bf L_{\rm N}}$为基础的实施的旋进公约。我们检查这些额外的条款的实际影响，通过计算采用${\bf L}$和${\bf L_{\rm N}}$为基础的处理约定的inspiral波形之间的匹配。匹配估计被发现是小于最佳值，即$0.97$，为一个不可忽略的部分不等质量自旋致密双星。
2015-08-05 gr-qc
Probing Spin-Induced Quadrupole Moments in Precessing Compact Binaries
本研究基于进动波形评估了在含质量间隙天体的致密双星中测量自旋诱导四极矩的前景，发现该效应可有效区分质量间隙天体性质，并为黑洞模拟物提供更紧约束。
2024-03-28 astro-ph.HE gr-qc
Effect of orbital eccentricity on the dynamics of precessing compact binaries
本文利用[M]中导出的基于有效势的形式研究了一般双黑洞在偏心轨道上的进动动力学。Kesden等人，PRL { \bf 114}，081103（2015）]。这个有效势被用来将二元黑洞分为三种相互排斥的自旋形态。在螺旋阶段，双星从一种形态过渡到其他形态。利用后牛顿精确演化方程，研究了一个二元黑洞群体从初始分离的$1000\mathbf{M}$到最终分离的$10\mathbf{M}$的演化过程.我们发现，在适当的初始条件下，一个二进制的偏心率可以遵循三个不同的演化模式之一：（一）偏心率单调增加，直到最终分离，（二）偏心率上升后衰减到最小值，（三）偏心率单调减少整个inspiral。这种单调增长或达到某一最小偏心率后的增长是由于2 PN自旋-自旋耦合的作用。进一步，我们研究了偏心双星中的形态转变，发现这种双星从一个到另一个的转变概率与圆轨道中的相似，这意味着偏心率在进动双星黑洞的自旋形态演化中起着次主导作用.因此，我们认为，自旋进动动力学的形态分类是一个强大的工具，以限制形成通道的任意偏心率以及。
2019-10-22 astro-ph.HE gr-qc
Inspiral waveforms for spinning compact binaries in a new precessing convention
通常使用基于牛顿轨道角动量${\bf L}_{\rm N}$的进动约定来模拟一般旋转致密双星的螺旋引力波。这种进动惯例的一个关键特征是它能够从轨道相位演化中去除所有自旋进动引起的调制。然而，这种约定通常采用后牛顿（PN）精确的岁差方程，适用于PN精确的轨道角动量${\bf L}$，以发展基于${\bf L}_{\rm N}$的岁差源框架。这促使我们在旋进惯例中开发出旋转致密双星的螺旋波形，该惯例明确使用${\bf L}$来描述双星轨道。我们的方法介绍了某些额外的3PN阶项的轨道相位和频率演化方程相对于通常的${\bf L}_{\rm N}$为基础的实现的旋进公约。通过计算采用${\bf L}$和基于${\bf L}_{\rm N}$的处理约定的螺旋波形之间的匹配来探索这些附加项的含义。我们发现，匹配估计是小于最佳值，即0.97，对于一个不可忽略的部分不等质量旋转致密双星。
2016-06-06 gr-qc
Coincident morphological transitions in precessing black-hole binaries
本文系统研究了黑洞双星自旋进动中多个形态转变在同一进动周期内同时发生的特殊解，并通过解析映射与数值积分验证，揭示其对应极端自旋构型且具有引力波观测意义。
2025-08-27 astro-ph.HE gr-qc
EFPE: Efficient fully precessing eccentric gravitational waveforms for binaries with long inspirals
在本文中，我们推导出一组运动方程的偏心轨道上的双星经历自旋诱导进动，可以有效地集成的辐射反应时标。我们找到了一个家庭的解决方案的计算成本提高了一个因素$10$ - $50$下降到$\sim 10$ ms每个波形的评估相比，通过直接集成的进动方程，保持了不匹配的顺序$10^{-4}$ - $10^{-6}$的波形持续一百万个轨道周期和一千个自旋引起的进动周期。我们表示它的参数，使解决方案经常在等质量限制，从而绕过了以前类似的解决方案的问题。我们指出的方法，在本文中提出的解决方案可以扰动，以考虑到一般的四极矩和后牛顿修正的进动方程的影响。这种新的波形，其改进的效率和准确性，使贝叶斯参数估计使用完整的自旋和偏心率参数体积的长期持续的inspiralling信号，如恒星起源黑洞二进制观测LISA。
2021-06-18 astro-ph.HE gr-qc
A semianalytic Fisher matrix for precessing binaries with a single significant spin
来自具有单一动力学显著自旋的双星的引力波，特别是包括进动黑洞-中子星（BH-NS）双星，让我们约束该双星的性质：两个质量和主导的黑洞自旋。基于一个简单的傅立叶变换的$h(t)$启用的共转框架，我们表明，处理二进制的Fisher矩阵可以很好地近似一个非常简单的半解析近似。这种近似可以很容易地理解为独立信息通道的加权平均，每个通道与一个引力波谐波相关。概括以前的研究nonprecessing二进制文件，包括关键的破坏性的进动效应，需要了解合理的天体物理学来源，我们的分析可以应用于解决如何以及引力波测量可以解决广泛的天体物理学和基本问题。我们的方法提供了一种简单的方法来评估引力波探测器可以测量什么参数，测量效果如何以及为什么。
2015-09-22 gr-qc
Towards models of gravitational waveforms from generic binaries: A simple approximate mapping between precessing and non-precessing inspiral signals
第二代引力波探测器时代的最大理论挑战之一是通用二进制波形的建模。我们引入一个近似，有可能显着简化这个问题。我们发现，通用的旋进二进制inspiral波形（涵盖一个七维空间的内参数）可以映射到一个二维空间的非旋进二进制，其特征在于由质量比和一个单一的有效总自旋。该映射包括将波形随时间旋转到四极对齐帧中，并且即使在过渡进动的情况下也是非常精确的（将$> 0.99$与$Δχ\leq 0.04$的总自旋中的参数偏差匹配）。此外，我们展示了一个简单的方法来构建混合后牛顿-数值相对论进动二进制波形的四极对齐的框架，并提供证据表明，我们的近似映射可以使用所有的方式合并。最后，基于这些结果，我们概述了一般性的波形模型，这将是未来工作的重点建设的一般建议。
2013-03-11 gr-qc
Modelling gravitational waves from precessing black-hole binaries: Progress, challenges and prospects
两个绕轨道运行的黑洞的螺旋和合并是最有希望的来源之一，用于第一次（希望即将到来）直接探测引力波（GW），这些信号的测量可以提供有关天体物理学，基础物理学和宇宙学的丰富信息。探测和测量需要对来自所有可能的黑洞-双星配置的GW信号进行理论描述，其中可能包括由于黑洞自旋而引起的复杂的进动效应。因此，从一般进动双星的GW信号建模是GW天文学面临的最紧迫的理论挑战之一。本文简要回顾了一般二元动力学和波形的现象学，以及最近在模拟它们方面的进展。
2013-12-12 gr-qc
Spin-Precessing Black Hole Binaries in Dynamical Chern-Simons Gravity
自旋旋进双星的引力波表现出振幅振荡，这为提取吸入的致密天体的自旋提供了一种宝贵的方法。导致这种效应的自旋-自旋和自旋-轨道相互作用对引力的基本性质很敏感，这将使我们能够利用进动双星的引力波观测来约束修正的引力理论。在这里，我们考虑进动黑洞二进制动力学陈-西蒙斯引力，一个有效的引力理论，增强宇称违反相互作用。我们利用有效场论将黑洞模型化为修正的点粒子，并在后牛顿形式下导出了双星系统的自旋进动方程。我们发现，由于两个黑洞的标量偶极与修正的黑洞四极之间的相互作用违反了无毛定理，广义相对论中的自旋-自旋相互作用和四极-自旋相互作用被修正了.这些修改进入领先的后牛顿秩序的岁差方程。我们进一步指出，在忽略辐射反应时，这些旋进方程允许7个运动常数，只有质量加权的有效自旋是从广义相对论修正而来的.我们将讨论如何使用这些可以减少岁差方程的正交和构造分析傅立叶域波形的可能性通用自旋进动二进制dCS重力。
2018-10-02 gr-qc
Nonlinear Gravitational Recoil from the Mergers of Precessing Black-Hole Binaries
我们目前的结果从88进动，等质量的大自旋黑洞双星（83与内禀自旋0.8和5与内禀自旋0.9）的广泛研究，并使用这些数据来模拟新的非线性贡献的引力反冲赋予合并的黑洞。我们发现了一个新的效果，交叉踢，提高了反冲部分对齐的二进制超出hangup踢效果。这导致反冲大于2000 km/s的概率增加了近两倍，因此，黑洞从星系中被弹射出来的概率也增加了，在最近合并的星系核心中观察到大的微分红移/蓝移。
2014-01-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Precessing supermassive black hole binaries and dark energy measurements with LISA
自旋引起的来自超大质量黑洞双星的引力波信号的岁差调制可以改善基于空间的引力波任务（如激光干涉仪空间天线（LISA））到源的光度距离的估计。我们研究了这如何影响LISA进行宇宙学研究的能力，特别是测量暗能量状态方程（EOS）参数$w$的能力。使用$Λ$ CDM宇宙学模型，我们表明，通过LISA的进动双星的观测，结合红移测量，可以提高$w$的测定到一个数量级的非进动的情况下，取决于质量，质量比和红移。
2009-09-15 astro-ph.CO gr-qc
The final twist: A model of gravitational waves from precessing black-hole binaries through merger and ringdown
我们提出了PhenomPNR，引力波（GW）信号的频域唯象模型，从二进制黑洞合并，调整到数值相对论（NR）模拟旋进二进制。在许多电流波形模型中，例如，“Phenom”和“EOBNR”系列已被广泛用于分析LIGO-Virgo GW观测，解析近似用于将进动效应添加到非进动（对准自旋）双星模型中，并且只有对准自旋模型才完全调谐到NR结果。在PhenomPNR中，我们以两种方式合并了进动二进制NR结果：（i）我们通过合并和振铃产生了基于信号的进动动力学的第一个NR调谐模型，以及（ii）我们扩展了以前的对齐自旋模型PhenomD，以包括未对齐自旋对共同进动框架中信号的影响。NR校准已经进行了40个模拟的质量比在1：1和1：8之间的二进制文件，其中较大的黑洞有一个无量纲的自旋幅度为0.4或0.8，我们选择了五个角度的自旋错位与轨道角动量。PhenomPNR的典型错配精度在0.1%以内，最高质量比为1：4，在1%以内，最高质量比为1：8。
2021-07-19 gr-qc
Multi-timescale analysis of phase transitions in precessing black-hole binaries
进动双星黑洞（BBH）在后牛顿体系中的动力学具有很强的时间尺度等级：轨道时间尺度与自旋进动时间尺度相比非常短，而自旋进动时间尺度又比辐射反应时间尺度短得多，辐射反应时间尺度上轨道由于引力波发射而收缩。我们利用这个时间尺度层次来开发BBH动态的多尺度分析，详细阐述了Kesden等人的分析。（2015）。我们求解自旋进动方程的进动时间解析，然后实施一个准绝热的方法来发展这些解决方案的辐射反应时间较长。这一过程导致了一个创新的“岁差平均”后牛顿的方法来研究进动BBHs。我们使用我们的新的解决方案，BBH自旋进动分为三个不同的形态，然后研究这些形态之间的相变作为BBH螺旋。这些岁差平均的后牛顿吸气可以有效地计算从任意大的分离，从而取得进展，弥合天体物理学和数值相对论之间的差距。
2015-09-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
On the equal-mass limit of precessing black-hole binaries
我们利用多时间尺度技术分析了等质量进动黑洞双星的内旋动力学。轨道平均后牛顿演化方程在等质量极限下允许两个运动常数，即总自旋$S$和有效自旋$ξ$。这个特征使得整个动力学与一般的不等质量情况相比有质的不同，在一般的不等质量情况下，只有$ξ$是恒定的，而变量$S$参数化了进动动力学。对于固定的单个质量和自旋大小，等质量黑洞的内旋是唯一的特征由两个参数$(S,ξ)$：这两个数字完全决定了整个演化的辐射反应的影响。特别地，对于等质量双星，我们发现：（i）黑洞双星自旋形态在整个内旋中是恒定的;（ii）两个黑洞自旋绕总自旋的进动运动发生在比总自旋和轨道平面绕总角动量的进动更长的时间尺度上。
2017-03-02 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Addressing the spin question in gravitational-wave searches: Waveform templates for inspiralling compact binaries with nonprecessing spins
本文提出了一个后牛顿（PN）模板家庭的引力波形从吸入紧凑的双星与非旋进的自旋，其中的自旋效应是由一个单一的“约化自旋”参数。这个模板族，它重新参数化的所有自旋相关的PN条款的首阶（1.5 PN）自旋轨道耦合项\emph{in an approximate way}，有很高的重叠（拟合因子> 0.99）与非旋进双星与任意质量比和自旋。我们还证明了这个模板族对于相当大一部分质量相当的自旋双星（m_2/m_1 <~ 10）的探测是“有效的”，为从自旋低质量双星中寻找引力波（GW）提供了一种有吸引力和可行的方法。我们还指出，在相当质量（m_1 ~= m_2）区域，相位演化中的长期（非振荡）自旋相关效应（非旋进模板考虑到的）比旋进的振荡效应更重要。因此，与非旋进旋转模板相比，非旋转模板的有效性在这种情况下特别差。对于高级LIGO观测到的双星中子星，即使是中等自旋（L。S/m^2 ~= 0.015 - 0.1）将导致与非纺丝模板相当大的失配（~ 3% - 25%）。这与中子星自旋可能与GW探测无关的预期相反。
2011-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Hybrid waveforms for generic precessing binaries for gravitational-wave data analysis
我们构建混合二元黑洞合并波形使用分析模型波形的早期inspiral阶段和数值相对论波形的后期inspiral合并和合并后的阶段。为了混合分析和数值波形，我们首先执行三维旋转以在某个基准频率下对齐与两个波形相关联的瞬时轨道平面，然后找到适当的相位和时间平移，以最大化混合间隔中两个波形的重叠。我们讨论的准确性和限制，通过这种方法构建的混合动力的背景下，LIGO-Virgo-KAGRA观测。我们的目标是杂交波形更通用的进动二进制和构造更长的波形，足够准确的参数估计技术即将到来的LIGO观测。
2020-07-07 gr-qc
Matching post-Newtonian and numerical relativity waveforms: systematic errors and a new phenomenological model for non-precessing black hole binaries
提出了一个新的非旋进自旋黑洞双星的旋进和并合唯象引力波形模型。我们的方法是基于后牛顿inspiral波形与基于数值相对论的二元黑洞合并波形的频域匹配。我们量化的各种可能的来源，出现在匹配后牛顿和数值相对论波形的系统误差，我们使用的匹配标准的基础上尽量减少这些错误，我们发现，主要的错误来源是那些在合并附近的后牛顿波形。给出了非进动黑洞双星引力辐射主模的解析公式，该公式描述了混合波形的现象。在当前的引力波搜索中实施它应该允许交叉检查其他吸气合并振铃波形族，并提高引力波搜索的范围。
2010-08-03 gr-qc
Modelling the Ringdown from Precessing Black Hole Binaries
模拟双黑洞合并的终点是现代引力波天文学的基石。从振铃信号中提取多个准正规模式频率，可以对残留的黑洞进行前所未有的详细研究。先前对对齐自旋双星的数值相对论模拟的研究发现，如果包括泛音（可能还有镜像模式），则可能比以前想象的更早开始振铃分析。这增加了振铃中的信噪比，使得次主导模式的识别更容易。在本文中，我们研究，第一次，黑洞二进制与失调的自旋，并发现一个更大的变化，在性能的振铃适合比对齐自旋的情况下。镜像模式和高次谐波以及泛音的包含提高了具有较早开始时间的振铃拟合的可靠性;然而，仍然存在拟合性能差的情况。虽然使用泛音结合早期振铃开始时间是一个诱人的可能性，但有必要谨慎行事。我们还考虑在这种类型的准常态模式研究中使用数值相对论代理模型的第一次，并解决重要的问题，用于拟合的基本数值波形的准确性。
2021-05-10 astro-ph.HE gr-qc
Asymptotically Matched Spacetime Metric for Non-Precessing, Spinning Black Hole Binaries
我们构建了一个封闭的形式，完全解析的4-度规，近似代表了时空演化的非进动，旋转黑洞二进制从无限分离到几个轨道之前合并。我们采用渐近匹配的技术，将每个自旋黑洞附近的扰动克尔度规连接到更远的近区后牛顿度规。后者已经自然地匹配到远区，后闵可夫斯基度量，占全部时间延迟。其结果是一个4-度量，它在空间和一小丛空间超曲面中近似处处有效。我们在这里限制我们的注意力准圆轨道，但该方法是有效的任何轨道运动或物理场景，提供一个重叠区域的有效性或缓冲区存在。这样一个度量的一个简单的扩展将允许未来的研究吸积盘和喷流动力学周围的旋转回洞双星。
2012-08-31 gr-qc
Gravitational Waveforms for Precessing, Quasicircular Compact Binaries with Multiple Scale Analysis: Small Spin Expansion
我们得到的分析重力波形在频域进动，准圆形紧凑的双星与小自旋，适用，例如，二进制中子星inspirals。首先，我们计算的进动方程，通过扩大在无量纲的自旋参数和使用多尺度分析，以分离的时间尺度得到的解析解。我们继续通过分析计算时域波形的傅立叶变换，通过固定相位近似。我们表明，后者是有效的小自旋系统。最后，我们表明，这些波形有很高的重叠数值波形通过直接集成的进动方程和离散傅立叶变换。由此产生的，分析波形的家庭是理想的探测和参数估计的引力波发射的吸入双中子星与地面探测器。
2013-09-29 gr-qc
Angular velocity of gravitational radiation from precessing binaries and the corotating frame
本文定义了球上含时函数的角速度，并将其应用于致密双星的引力波形。由于角速度具有几何意义和明确的物理动机，因此它在帮助解决紧凑双星模型中的一个重要--但在很大程度上被忽视--问题方面是非常有用的：仅从引力波推导系统物理参数的逆问题。它还用于定义波形的共转标架。当在该帧中分解时，波形没有旋转动力学，因此尽可能缓慢地演变。由此产生的简化导致直接的方法，准确地比较波形和构建混合。如本文所述，这些方法可以稳健地应用于处理和非处理波形，为波形分析提供了一个清晰、全面和一致的框架。所有这些方法的显式实现都在附带的计算机代码中提供。
2013-04-10 gr-qc
Ringdown frequencies in black holes formed from precessing black-hole binaries
提出了计算共进动系下进动双黑洞有效铃振频率的简单公式，并分析了惯性系中铃振频率振荡的成因及应用。
2023-01-16 gr-qc
Inspiral-merger-ringdown waveforms for black-hole binaries with non-precessing spins
基于完整的广义相对论对后旋、合并和衰荡的描述，首次给出了自旋非旋进的双黑洞的解析的旋进合并衰荡引力波形.通过匹配后牛顿描述的inspiral的一组数值相对论模拟，我们得到了一个波形的家庭，一个方便的少量的物理参数。这些波形将使我们能够检测到一个更大的参数空间的BBH聚结，包括相当一部分的进动二进制的可比质量制度，从而显着提高预期的检测率。
2011-06-08 astro-ph.CO gr-qc
Modeling the remnant mass, spin, and recoil from unequal-mass, precessing black-hole binaries: The Intermediate Mass Ratio Regime
我们重新建模的剩余黑洞的属性，导致合并的黑洞二进制的参数的函数。我们提供了一组经验公式的最终质量，自旋和反冲速度的最终黑洞的质量比和个别自旋的祖先的函数。为了确定这些公式的拟合系数，我们进行了一组128个新的数值演化的进动，不等质量的黑洞二进制文件，并适合由此产生的残余质量，自旋和反冲。为了降低分析的复杂性，我们选择了这样的配置，其中一个黑洞旋转，无量纲自旋α =0.8，相对于轨道角动量的角度不同，另一个不旋转。除了演化出具有不同自旋倾角的双星家族，我们还演化出质量比小至q=1/6的双星。我们使用由此产生的经验公式来预测的概率黑洞合并导致一个给定的反冲速度，总辐射引力能，和最终的黑洞自旋。
2016-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Adding equatorial-asymmetric effects for spin-precessing binaries into the SEOBNRv5PHM waveform model
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）
本文提出改进的SEOBNRv5PHM_w/asym模型，通过引入自转进动双星的赤道不对称效应，提升了对引力波信号的预测精度和参数估计效果。
2026-03-11 gr-qc
Inspiral-merger-ringdown waveforms of spinning, precessing black-hole binaries in the effective-one-body formalism
我们描述了一个通用的程序来产生自旋，进动波形，包括inspiral，合并和衰荡阶段的有效一体（EOB）的方法。该程序使用的进动框架中，进动引起的振幅和相位调制最小化，和惯性系，与自旋的最后黑洞，在其中我们进行了匹配的吸气暴跌合并振铃波形对齐。作为第一个应用程序，我们建立自旋，进动EOB波形的引力模式l=2，使在nonprecessing限制这些波形同意EOB波形最近校准的数值相对论波形。在不重新校准EOB模型的情况下，我们将EOB和后牛顿进动波形与Caltech-Cornell-CITA合作产生的两个数值相对论波形进行比较。数值波形有35个和65个重力波周期。我们发现EOB和数值相对论的旋进波形和自旋演化有着显著的一致性。合并时的相位差约为0.2 rad，而使用高级LIGO噪声谱密度计算的失配在仅在合并时的时间和相位以及偏振角上最大化时低于2%。
2013-07-23 gr-qc
Searching for Gravitational Waves from Compact Binaries with Precessing Spins
目前，LIGO和Virgo天文台对致密天体双星的引力波的搜索采用了自旋与轨道角动量对齐（或反对齐）的波形模型。在这里，我们推导出一个新的统计搜索携带通用（旋进）自旋紧凑的对象。应用这一统计，我们构建银行的对齐和通用自旋模板的二进制黑洞和中子星-黑洞二进制，并比较这些银行对模拟人口的通用自旋系统的有效性。然后，我们在高斯噪声的管道分析中使用这些银行来测量使用通用自旋银行而不是对齐自旋银行所引起的背景增加。虽然一般的自旋银行有一个因素的10到20多个模板比对齐自旋银行，我们发现在固定的假警报率的系统与高质量比和高旋进自旋-高达60%的中子星黑洞合并信号恢复的整体改善。对于已经被对准自旋模板很好覆盖的系统，灵敏度的这种增益是在灵敏度的小损失（$\lesssim$ 4\ %）下实现的。由于即使是一个单一的二进制合并与错位自旋的观察可以提供独特的天体物理学的见解，这些来源的形成，我们建议，这里描述的方法进一步发展安装一个可行的搜索通用自旋二进制合并在LIGO/处女座数据。
2016-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
IMRPhenomXHM: A multi-mode frequency-domain model for the gravitational wave signal from non-precessing black-hole binaries
提出了准圆非旋进黑洞双星的旋进、并合和衰荡的IMRPhenomXHM频域唯象波形模型。该模型扩展了IMRPhenomXAS波形模型，它描述了占主导地位的四极模$\ell = |m| = 2$，谐波$(\ell, |m|)=(2,1), (3,3), (3,2), (4,4)$，并包括模式混合效应的$(3,2)$球面谐波。IMRPhenomXHM校准对混合波形，匹配的有效单体模型和后牛顿振幅的次谐波数值相对论波形和数值解的扰动Teukolsky方程的大质量比高达1000所描述的inspiral相位。该模型的计算效率实现可作为LSC算法库套件的一部分。
2020-11-03 gr-qc
Gravitational-wave modes from precessing black-hole binaries
来自进动黑洞双星的引力波表现出非进动系统所不具备的特征。其中最突出的是违反宇称的不对称性，光束的能量和线性动量优先沿着或相反的轨道角动量，导致反冲的二进制。这种不对称性将表现为轨道频率处的振幅和相位调制。对于强进动系统，它至少占地基引力波探测器灵敏度波段双星的3%幅度调制，对于大质量系统可以超过50%。当波被分解成自旋加权球谐函数的模式时，这种不对称特征也清晰可见，并且是波本身所固有的-而不是由数值模拟中的剩余偏心率或由进动引起的模式混合引起的。特别地，一般不存在模态分解将具有任何对称性的瞬时帧。我们介绍了一种方法来简化解析相对论中给出的波形表达式，它可以用来将现有的高阶波形与旋进贡献的表达式相结合，从而提高精度，统一处理旋进和非旋进二进制。使用这种方法，它是可能的，澄清的性质和起源的不对称性，并显示不对称性对反冲的影响更清楚。我们提出后牛顿（PN）表达式的波形模式，包括这些条款，完成相对2 PN自旋水平（正比于$v^4/c^4$倍的自旋的一定组合）。将这些表达式的结果与数值结果进行比较，我们发现了很好的定性一致性。我们还演示了如何使用这些表达式来有效地计算引力波天文学的波形。
2014-09-22 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
Rapid and accurate parameter inference for coalescing, precessing compact binaries
在Pankow等人工作的基础上，我们引入了RIFT，一种通过迭代拟合对引力波源进行快速参数推断的算法。我们证明了这种方法可以正确地恢复合并紧凑的二进制系统的参数，使用RIFT的详细比较，以及测试的LALInference软件库。我们提供了几个例子，RIFT的独特速度和灵活性，使否则棘手或尴尬的参数推断分析，包括（a）采用昂贵的和新颖的模型传出引力波;和（b）混合近似，每个适合于不同部分的紧凑的二元参数空间。我们演示了如何\RIFT{}可以应用于双中子星，无论是参数推断和直接约束的核物质状态方程。
2018-05-26 gr-qc
Fast neural network surrogate for multimodal effective-one-body gravitational waveforms from generically precessing compact binaries
Institute for Gravitational Wave Astronomy and School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学引力波天文学研究所与物理与天文学院）
本文提出一种快速神经网络替代模型，用于生成多模态引力波形，提升计算效率，适用于预旋准圆二体系统，验证了模型的准确性，并在贝叶斯参数推断中应用。
2026-04-15 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
A single-spin precessing gravitational wave in closed form
在未来的几年里，引力波探测器应该会发现黑洞-中子星双星，这可能与短伽马射线暴等天文现象相吻合。预计这些双星会进动。引力波科学需要一个易于处理的模型来处理岁差双星，以便将岁差物理与其他现象（如修正的强场引力、潮汐变形性或哈勃流）分开，并测量紧凑物体的质量、自旋和排列。此外，目前的搜索引力波从紧凑的二进制使用的模板，其中的二进制不进动和不适合检测一般的进动源。在本文中，我们提供了一个封闭的形式表示的单自旋进动波形在频域中重组的信号作为一个谐波的总和，其中每个类似于一个nonprecessing波形。这种形式允许简单的分析计算（例如，Fisher矩阵），结果易于解释。我们已经验证了，对于一般的BH-NS二进制文件，我们的模型与时域波形的一致性为2%。这里概述的推导的简单扩展[并在网上提供]允许更高的准确性和误差估计。
2013-08-19 astro-ph.CO 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
Building a bridge between comparable and extreme mass ratio black hole binaries: a single spin precessing model for the final state
本研究提出一个单自旋进动模型，统一可比与极端质量比黑洞双星，拟合残余质量与自旋，精度媲美NRSur7dq4EmriRemnant且更简洁高效。
2024-02-01 gr-qc
Detecting gravitational waves from precessing binaries of spinning compact objects. II. Search implementation for low-mass binaries
检测模板族（DTFs）的建立，以捕捉真正的重力波形的基本特征，使用一个小的唯象波形参数集。Buonanno，Chen和Vallisneri [Phys. Rev. D 67，104025（2003）]提出了“BCV 2”DTF，用于对来自紧凑恒星天体的进动双星的信号进行计算有效的搜索。在这里，我们测试的BCV 2 DTF的信号匹配性能的非对称的质量比的二进制文件，特别是双黑洞二进制文件的组件质量（m1，m2）：（6~ 12 Msun，1~ 3 Msun），和黑洞中子星二进制文件的组件质量（m1，m2）=（10 Msun，1.4 Msun），我们采取所有的黑洞最大自旋。我们发现一个令人满意的信号匹配性能，拟合因子平均在0.94和0.98之间。我们还范围出的区域的BCV 2参数需要基于模板的搜索，我们评估的模板匹配度量，我们讨论了模板放置策略，我们估计的模板数量需要在LIGO设计的灵敏度搜索。此外，在获得更多的洞察力的自旋-轨道进动的动力学，我们提出了一个修改的BCV 2 DTF的参数化的物理（而不是唯象）参数。我们测试了这个修改后的“BCV 2 P”DTF（10 Msun，1.4Msun）黑洞-中子星系统，发现与BCV 2 DTF相当的信号匹配性能，以及对目标二元量（如啁啾质量和张开角（黑洞自旋和轨道角动量之间的角度））的可靠参数估计能力。
2005-08-16 gr-qc
Gravitational Waveforms for Precessing, Quasi-circular Binaries via Multiple Scale Analysis and Uniform Asymptotics: The Near Spin Alignment Case
我们计算分析重力波形在时域和频域旋进准圆双星与任意大小的自旋，但几乎对齐的轨道角动量。我们首先推导出一个分析解决方案的进动方程扩展的失调角，并使用多尺度分析，以分离的时间尺度。然后，我们使用统一的渐近展开分析傅立叶变换的时域波形，从而延长了固定相位近似，当进动是失败的。所得到的频域波形家族具有高度重叠的数值波形通过直接整合后牛顿运动方程和离散傅立叶变换。这一波形族为在解析引力波形中准确地包含自旋进动效应奠定了基础，从而有助于从旋进双星系统的旋进相位中探测引力波信号并进行参数估计。
2013-05-08 astro-ph.CO gr-qc
Modeling gravitational recoil from precessing highly-spinning unequal-mass black-hole binaries
我们测量了不等质量黑洞-双星合并的引力反冲，其中较大的黑洞具有自旋a/m^H=0.8，较小的黑洞不自旋。我们选择我们的配置，使得最初，自旋位于轨道平面上。自旋和轨道平面明显进动，我们发现面外反冲（即垂直于合并周围轨道平面的反冲）随η^2 /（1+q）变化，与我们之前基于后牛顿标度的预测一致。
2009-03-18 astro-ph gr-qc
Characterization of merging black holes with two precessing spins
合并黑洞双星的自旋进动是天体物理学和基础物理学的一个宝库。现在已经有了一套行之有效的策略，可以从引力波数据中推断出两个黑洞中是否至少有一个在进动。在本文中，我们解决了下一个在线目标，即统计评估所观察到的系统有两个旋进自旋。我们发现，最近开发的推广的有效旋进自旋参数$χ_\mathrm{p}$是一个很好的适合于这项任务的估计。利用该估计器，两个旋进自旋的出现是获得值$1<χ_\mathrm{p}\leq 2$的必要（尽管不是充分）条件。对于$χ_\mathrm{p}$值在这个范围内的引力波源的可靠测量，可以作为一个保守的评估，即双星呈现出两个旋进自旋。我们使用一个大型的>100个软件注入来研究这个论点，假设即将到来的第四次观测运行O 4的预期LIGO/Virgo灵敏度。我们的结果非常令人鼓舞，这表明，如果这样的双星存在于自然界中，并以足够的速度合并，目前的干涉仪很可能提供第一个有信心的检测合并黑洞与两个旋进自旋。我们调查了先前的影响和波形系统，虽然这些需要更好地调查，没有发现任何有信心的假阳性的情况下，我们测试的所有配置。因此，我们的评估应被视为保守的。
2022-10-21 astro-ph.HE gr-qc
Analytical model of precessing binaries using post-Newtonian theory in the extreme mass-ratio limit I: General Formalism
本文在极端质量比极限下结合PN理论与多尺度分析，构建任意自旋进动双星的全解析波形模型，纳入多类耦合动力学并支持向高阶扩展。
2024-09-10 gr-qc
PhenomXO4a: a phenomenological gravitational-wave model for precessing black-hole binaries with higher multipoles and asymmetries
本文提出首个频域唯象引力波模型PhenomXO4a，将多极不对称性和数值相对论校准的旋进角纳入IMRPhenomX框架，并通过与数值相对论对比验证了其建模精度。
2023-12-15 astro-ph.HE gr-qc
Ready-to-use post-Newtonian gravitational waveforms for binary black holes with non-precessing spins: An update
对于自旋与轨道角动量成（反）直线的黑洞双星，我们计算了频域相位系数，包括自旋平方项到第三后牛顿（3 PN）阶，自旋平方项到第一阶（3.5PN），以及自旋轨道效应到第四PN阶.此外，我们得到的2 PN自旋贡献的频域重力波形的振幅为非旋进双星，使用最近推导出的表达式的时域偏振振幅的二进制与通用的自旋，完成在该精度水平。这两个结果是对Arun等人（2009）[1]振幅和Wade等人（2013）[2]相位的更新。他们应该是有用的，以构建银行的模板，模型准确的非旋进的inspiraling二进制，参数估计研究，和/或构建分析模板家庭，占的inspiral-merger-ringdown阶段的二进制。
2016-01-21 gr-qc
Accelerating multimodal gravitational waveforms from precessing compact binaries with artificial neural networks
由黑洞和中子星合并产生的引力波为我们提供了一个独特的机会来确定源的性质，如它们的质量和自旋，具有前所未有的准确性。然而，要做到这一点，发射信号的理论模型是i）极其准确和ii）计算上高效的是必要的。包含更详细的物理，如高阶多极子和相对论性自旋诱导轨道进动增加了波形模型的复杂性，因此也增加了计算成本，这对参数推断问题提出了严重的瓶颈。一种更有效地生成波形的流行方法是建立一个较慢模型的快速代理模型。在本文中，我们表明，传统的代理建模方法结合人工神经网络可以用来建立一个计算效率高，而仍然准确的仿真多极时域波形模型的进动二元黑洞。我们将这种方法应用于最先进的波形模型SEOBNRv4PHM，并发现显着的计算改进：在传统的CPU上，使用我们的神经网络代理SEOBNN_v4PHM_4dq2的单个波形的典型生成需要18毫秒的二进制黑洞的总质量为$44 M_{\odot}$时，从20 Hz产生。与SEOBNRv4PHM本身相比，这相当于计算效率提高了两个数量级。利用额外的GPU加速，我们发现，这种速度可以进一步提高与批次的波形同时生成。即使没有额外的GPU加速，波形生成成本的大幅降低也可以将推理时间从数周缩短到数小时。
2022-11-24 astro-ph.HE gr-qc
A physical template family for gravitational waves from precessing binaries of spinning compact objects: Application to single-spin binaries
由旋转致密天体的进动双星发射的引力波（GW）的检测是复杂的，需要大量的参数（如自旋的幅度和初始方向，以及双星相对于检测器的位置和方向）来精确地模拟GW信号的进动诱导调制。在本文中，我们描述了一种快速匹配滤波搜索方案的旋进二进制，我们采用的物理模板家庭提出的Buonanno，陈，和Vallisneri [物理。Rev。D 67，104025（2003）]地基干涉仪。这个系列提供了基本上精确的波形，直接用物理参数写出来，用于具有单个显著自旋的双星，并且观察到的GW信号在绝热螺旋上升阶段发射（对于LIGO-I和VIRGO，这对应于总质量M <15 Msun）。我们展示了如何在所有参数上自动最大化检测统计量（包括双星相对于探测器的位置和方向），除了四个（两个质量、单个自旋的大小以及自旋与轨道角动量之间的张角），因此搜索中使用的模板库仅为四维;该技术也与使用星载探测器LISA从极端质量比的螺旋和超大质量黑洞螺旋中搜索GW有关。利用LIGO-I的设计灵敏度，我们计算了10^（-3）/年的虚警概率所需的探测阈值（~10），以及0.97的最小匹配所需的模板数量（~ 76，000），质量范围（m1，m2）=[7，12]Msun*[1，3]Msun。
2006-07-26 gr-qc
A sparse representation of gravitational waves from precessing compact binaries
引力波物理学中的许多相关应用都有一个重要的共同问题：来自旋进致密双星吸气和聚结的引力波形的7维参数空间足够大，无法以足够的密度覆盖波形空间。我们发现，通过使用减少的基础方法与基于其相位和进动的波形参数化一起，我们可以构建这个大空间的超紧凑但高精度的表示。作为一个示范，我们表明，小于$100$明智地选择旋进inspiral波形所需的$200$周期，质量比从$1$ $10$和自旋幅度$\le 0.9$。事实上，仅使用第一个$10$简化基础波形在所考虑的整个参数范围内产生$0.016$的最大失配。我们测试是否从inspiral政权的结果，在一个准确的减少的基础上，包括合并和振铃的参数选择，我们发现，这确实是一个非旋进有效的单体模型的情况下。这一证据表明，只要$\sim 100$数值模拟的二进制黑洞聚结可以准确地表示所考虑的范围内的进动波形的七维参数空间。
2014-01-27 gr-qc
Simulations of black-hole binaries with unequal masses or non-precessing spins: accuracy, physical properties, and comparison with post-Newtonian results
我们提出的引力波形的最后轨道和合并的黑洞-二进制（BBH）系统沿两个分支的BBH参数空间：等质量的二进制与平等的非旋进自旋，和nonspinning不等质量的二进制。波形计算从爱因斯坦方程的数值解的黑洞二进制完成之间的6和10轨道合并之前。沿等质量自旋分支，每个BH的自旋参数为$χ_i = S_i/M_i^2 \in [-0.85,0.85]$，沿不等质量分支，质量比为$q =M_2/M_1 \in [1,4]$。我们讨论了这些情况下的低偏心率穿刺初始数据的建设，最终合并BH的属性，并比较了最后8-10 GW周期高达$Mω= 0.1$的相位和振幅预测的标准后牛顿（PN）近似。在以前的研究中，我们发现，从3.5PN泰勒T4近似的相位是最准确的nonspinning二进制。对于等质量的自旋双星，3.5PN泰勒T1近似（包括自旋项，最多只有2.5PN阶）给出了最稳健的性能，但也可以以这样一种方式处理泰勒T4，即它给出了自旋$χ_i > -0.75$的最佳精度。当包括高阶振幅校正时，$(\ell=2,m=\pm2)$模式的PN振幅比NR振幅大2- 4%。
2010-11-15 gr-qc
Post-adiabatic waveform-generation framework for asymmetric precessing binaries
National University of Singapore（新加坡国立大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文提出一种非绝热波形生成框架，用于非对称预旋二体系统的引力波计算，通过第一后绝热阶方法，无需计算局部自力，实现通用自转和轨道配置的高效模拟。
2025-11-28 astro-ph.IM gr-qc
Fourier domain gravitational waveforms for precessing eccentric binaries
我们建立了两个家庭的inspiral波形旋进双星偏心轨道上的傅立叶域。为了实现这一点，我们使用一个小的偏心率扩展的波形振幅，以分离的近星点进动的时间尺度从轨道的时间尺度，并使用一个移动的均匀渐近变换计算的傅立叶变换中存在的自旋诱导的进动。我们表明，所得到的波形可以产生一个中位数的忠诚度高于0.993相比，一个等效的时域波形与初始偏心率为$e_0 \approx 0.3$。我们还表明，当自旋较大时，使用圆形波形可能会导致参数恢复的显着偏差，即使系统已完全循环，特别是当累积的周期数很大时。这是当形成双星的天体在轨道平面上有非零自旋分量时，剩余离心率的影响。
2018-11-28 astro-ph.CO gr-qc
Searching for gravitational-wave signals from precessing black hole binaries with the GstLAL pipeline
本文升级GstLAL流水线以搜寻旋进双黑洞引力波信号，改进搜寻统计量与信号一致性检验，发现对严重不对称且自旋大幅错位的系统灵敏体积最高可提升100%，并指出对齐自旋搜寻性能下降主因是ξ²检验失效。
2024-06-28 gr-qc
Setting the cornerstone for the IMRPhenomX family of models for gravitational waves from compact binaries: The dominant harmonic for non-precessing quasi-circular black holes
在本文中，我们提出了IMRPhenomXAS，IMRPhenomD [1，2]波形模型的彻底检修，它描述了占主导地位的$l=2, \:| m | = 2$球谐模式的非旋进合并黑洞在频域中的分段封闭形式的表达式。改进包括特别是不平等的自旋效应的准确处理，并列入极端的质量比波形。IMRPhenomD之前已经扩展到近似包括自旋进动[3]和次优势球谐函数[4]，并且随着其扩展，它已经成为引力波参数估计的标准工具。IMRPhenomXAS的改进扩展在配套论文中讨论[5，6]。
2020-01-30 astro-ph.CO gr-qc
Transition from inspiral to plunge in precessing binaries of spinning black holes
我们研究了自旋黑洞双星的非绝热动力学，通过使用一个完整的辐射-反作用力的分析哈密顿量，包含自旋耦合，这符合已知的准圆轨道上的能量和角动量损失率。我们考虑一个简单的后牛顿扩展的哈密顿量（包括自旋依赖项），和一个版本的有效的单体方法定义的图解后牛顿哈密顿量。我们重点讨论了自旋项对动力学和波形的影响。我们计算了在最后的螺旋和暴跌阶段释放的能量和角动量。对于等质量的双星，当使用更可靠的有效单体动力学时，发现在40 Hz和超过我们的分析处理变得不可靠的频率之间释放的能量为：反对齐的最大自旋黑洞为0.6% M，对齐的最大自旋黑洞为5% M，非自旋配置为1.8% M。为了证实以前的结果，我们发现，对于所考虑的所有双星，无量纲旋转参数J/E^2在螺旋的末端总是小于1，因此克尔黑洞可以在螺旋阶段之后立即形成。通过匹配准正常模式衰荡的最后一个可靠的阶段的暴跌，我们构建完整的波形近似描述的引力波信号发射的整个过程中的旋进双星的旋转黑洞。
2005-08-16 gr-qc
Frequency-domain gravitational waves from non-precessing black-hole binaries. II. A phenomenological model for the advanced detector era
我们提出了一个新的频域唯象模型，描述非旋进（对准自旋）黑洞双星的旋进、合并和衰荡过程中的引力波信号。该模型被校准到19个混合有效单体-数值相对论波形的质量比为1：18和黑洞自旋的$|a/m| \sim 0.85$（$0.98$等质量系统）。该模型的inspiral部分由频域后牛顿表达式的扩展组成，使用适合混合动力车的高阶项。合并振铃是基于一个现象学的分析，已显着改善了以前的模型。该模型表现出通常小于1%的失配对所有19个校准混合，和额外的29个验证混合，这提供了强有力的证据表明，在校准区域，该模型是足够准确的所有相关的引力波天文学应用与先进的LIGO和处女座探测器。在校准区域之外，模型产生物理上合理的结果，尽管我们建议在假设\emph{any}合并振铃波形模型在其校准区域之外是准确的时要谨慎。作为一个例子，我们注意到，一个替代的非旋进模型，SEOBNRv 2（校准到只有0.5的自旋不等质量的系统），表现出高达10%的失配误差的高自旋以外的校准区域。我们得出的结论是，波形模型将从大量高排列自旋不等质量二元系的数值相对论模拟中受益最大。
2015-09-25 gr-qc
