Reflection features in the X-ray spectrum of Fairall 9 and implications for tests of general relativity
X射线反射光谱是探测天体物理黑洞周围时空几何和检验强场区广义相对论的有力工具。然而，只有当我们采用正确的天体物理模型并且我们能够限制系统的不确定性时，广义相对论的精确测试才是可能的。因此，至关重要的是选择最适合这些测试的源和观测。在这项工作中，我们分析了同时观测的XMM-牛顿和NuSTAR的超大质量黑洞在Fairall 9。这个源具有许多特性，使其成为使用X射线反射光谱测试广义相对论的有希望的候选者。然而，我们发现，现有的数据并没有一个独特的解释的频谱的费尔奥9，这阻止了，目前，使用这个来源的强大的测试广义相对论。这个问题可能会通过未来的X射线任务得到解决，这些任务在铁谱线附近具有更高的能量分辨率。
2020-04-24 astro-ph.HE gr-qc
No-hair theorem for Black Holes in Astrophysical Environments
根据无毛定理，静态黑洞可以用史瓦西时空来描述，前提是没有其他的引力场源。然而，这一要求在天体物理现实场景中经常被违反，例如，如果黑洞是一个双星系统的一部分，或者如果它被一个吸积盘包围。在这些情况下，黑洞由于潮汐力而扭曲。尽管如此，无毛定理的后续表述仍然成立：扭曲黑洞对描述接近无穷大的引力场的多极矩的贡献，因此，所有的源都是史瓦西黑洞的贡献。它仍然没有头发。这意味着在黑洞中不存在诱导的多极矩，并且它的第二个勒夫数（用来测量扭曲的某些方面）消失了，就像在广义相对论的近似中已经显示的那样。但在这里，我们证明了这一性质的天体物理相关的黑洞在充分的广义相对论。
2015-03-11 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical systematics on testing general relativity with gravitational waves from galactic double white dwarfs
本研究针对LISA探测的银河系双白矮星引力波检验广义相对论，采用参数化后爱因斯坦模型和Fisher信息矩阵，分析了天体物理效应对参数估计的系统误差，发现其主导统计误差，必须在波形模型中予以考虑。
2024-09-25 gr-qc
Astrophysical applications of the post-Tolman-Oppenheimer-Volkoff formalism
在广义相对论中，球对称恒星的整体性质可以通过积分TOV方程得到。在以前的工作中，我们开发了一个“后TOV”的形式主义-参数化后牛顿理论的启发-这使我们能够在一个参数化的，唯象的形式分类所有可能的微扰偏离紧凑型恒星的结构，在广义相对论，可能会引起修改后的重力在第二后牛顿秩序。在本文中，我们扩展的形式主义，以处理恒星的外部，我们计算几个潜在的天体物理观测的后TOV形式主义：表面红移$z_s$，表观半径$R_{\rm app}$，爱丁顿光度在无穷远$L_{\rm E}^\infty$和轨道频率。我们表明，在领先的顺序，所有这些数量依赖于两个后TOV参数$μ_1$和$χ$，我们讨论了测量（或设置上限）这些参数的可能性。
2016-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Testing General Relativity with Present and Future Astrophysical Observations
爱因斯坦的广义相对论在提出一个世纪后，做出了令人瞩目的预言，并被证明与所有的实验测试兼容。大多数的实验都是在弱场论中探索广义相对论，并且有理论和实验上的理由相信，当引力场很强，时空曲率很大时，广义相对论应该被修正。探测强场引力的最佳天体物理实验室是黑洞和中子星，无论是孤立的还是双星系统。我们回顾了考虑扩展广义相对论的动机。我们提出了一个（必然不完整）目录的修改后的引力理论，强场预测已计算和对比爱因斯坦的理论，我们总结了我们目前的理解紧凑的对象在这些理论的结构和动力学。我们讨论了目前的界限修改引力从二进制脉冲星和宇宙学观测，我们强调的潜力，未来的引力波的测量，以告知我们在强场制度的引力行为。
2015-12-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Astrophysical Probes of the Vainshtein Mechanism: Stars and Galaxies
超越Horndeski类的无鬼理论在有限范围的非相对论性源中表现出部分打破了Vainshtein机制。我们利用这一突破，以确定新的和新颖的天体物理探测这些理论。非相对论物体所感受到的引力比广义相对论所预测的要弱。导出并求解了流体静力平衡方程的新方程，用以预测恒星的修正行为。发现主序星比它们的广义相对论对应物更暗、更冷，但红巨星相位在很大程度上是不可区分的。计算了类银河星系的自转曲线和透镜势。圆速度小于广义相对论在固定半径的预测和透镜质量大于动力学质量。我们讨论了这些理论的潜在天体物理探测，并确定强透镜作为一个特别有前途的候选人。
2017-12-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Parameter Estimation for Tests of General Relativity with the Astrophysical Stochastic Gravitational Wave Background
最近对来自双黑洞和中子星的引力波的观测使我们能够探测引力的强动力场区域。另一方面，来自许多单独的、未解析的源的集体信号导致所谓的随机背景。在这里，我们考虑探测重力与这样的背景下，从恒星质量的双黑洞合并。我们采用了一个简单的幂律谱，并进行了参数估计研究与网络的当前和未来的地面探测器，包括广义相对论和超越广义相对论变量。对于第二代探测器的网络，我们发现，如果引力波振幅以足够负的后牛顿阶进入，则可以对引力波振幅中的偏差参数设置有意义的界限。然而，这种来自随机背景的未来边界比来自单个源（例如GW 150914和GW 151226）的现有边界弱。我们还发现，系统误差，由于错误建模的频谱是远远小于统计误差，这证明了我们使用的幂律模型。关于第三代探测器的网络，我们发现，从统计误差的偏差参数的界限改善后的第二代的情况下，虽然系统误差现在占主导地位的错误预算，因此需要使用一个更现实的频谱模型。我们的结论是，在探测广义相对论中，单个源似乎比天体物理随机背景更强大。
2020-03-24 gr-qc
The methods of thermal field theory for degenerate quantum plasmas in astrophysical compact objects
在研究致密天体中的简并等离子体时，狭义相对论和广义相对论都起着重要的作用。在回顾了现有文献的处理方法后，本文采用相对论热量子场论方法计算了致密天体如白矮星和中子星的简并物质状态方程。特别是，我们计算的状态方程，包括领先的顺序由于有限的温度，精细结构常数以及引力时间膨胀的影响的修正。我们表明，精细结构常数校正仍然是定义良好的，即使在非相对论制度，在现有的治疗文献中。
2022-01-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Astrophysical and theoretical physics implications from multimessenger neutron star observations
中子星内部成分探测器（NICER）最近测量了孤立的中子星PSR J 0030 +0451的质量和赤道半径。我们使用这些测量来推断转动惯量，四极矩，和一个孤立的中子星的表面偏心率的第一次，使用这些量之间的关系，是不敏感的未知状态方程的超核物质。我们还利用这些结果预测了双脉冲双星J 0737 -3039中中子星A的转动惯量，预计在未来十年内将通过射电观测直接测量该量。结合这些信息与LIGO/Virgo观测的潮汐勒夫数的测量，我们提出并实现了广义相对论的第一个理论不可知和状态方程不敏感的测试。专门这些限制到一个特定的修改后的理论，我们发现，与广义相对论的一致性的地方最严格的约束引力宇称违反迄今为止，超过所有其他先前报道的界限的7个数量级，并打开了道路，为未来的测试广义相对论与多信使中子星观测。
2021-05-05 astro-ph.HE gr-qc
$κ$-General-Relativity II: An Astrophysical Observable from a 2-Body system
本研究以双黑洞引力波为对象，探究量子引力现象学中κ-闵可夫斯基时空的相对定域性效应，发现其会在旋近阶段旋转频率中引入1.25阶后牛顿偏差，为通过观测约束量子引力理论提供了新途径。
2025-10-03 gr-qc
Tolman-Bayin type static charged fluid spheres in general relativity
在静态球对称的爱因斯坦-麦克斯韦时空中，Ray和Das（2002）以及Pant和Sah（1979）发现的天体物理解的类别在这里被重新讨论，以联系引力场和电磁场之间的唯象关系。定性地证明了Tolman（1939）和Bayin（1978）型带电相对论星是纯电磁起源的。这类天体物理解的存在可能是洛伦兹猜想的一种扩展，洛伦兹猜想认为类电子扩展带电粒子只有“电磁质量”而没有“物质质量”。
2004-01-02 astro-ph gr-qc
Experimental Relativity with Accretion Disk Observations
在过去的几十年里，电磁观测被用来了解黑洞及其周围物质的性质。我们了解基础物理学的能力依赖于我们对这些电磁观测建模中两个关键因素的理解：描述黑洞的引力理论，以及产生观测辐射的天体物理学。在这项工作中，我们研究我们目前的能力，约束和检测偏离广义相对论使用的吸积盘光谱的恒星质量的黑洞的二元系统。我们的分析结合了相对论射线追踪和马尔可夫链蒙特卡罗抽样技术，以确定如何以及这样的测试广义相对论可以在实践中进行。我们表明，即使当一个非常简单的天体物理模型的吸积盘是假定先验的，模型的参数和控制变形的参数之间的不确定性和协方差从广义相对论的任何测试广义相对论非常具有挑战性的吸积盘光谱观测。我们还讨论了假设广义相对论是正确的先验的天体物理模型的参数估计的数据时，爱因斯坦的理论，这可能会导致一个根本的系统偏差的影响。
2019-07-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Forecast Analysis of Astrophysical Stochastic Gravitational Wave Background beyond general relativity: A Case Study on Brans-Dicke Gravity
本研究针对Brans-Dicke引力下的天体物理随机引力波背景开展全面分析，通过第三代探测器模拟数据与贝叶斯分析，探究标量背景可探测性及约束引力理论的方法。
2025-06-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Towards a Realistic Neutron Star Binary Inspiral: Initial Data and Multiple Orbit Evolution in Full General Relativity
本文报道了我们在广义相对论中模拟真实天体物理中子星双星的工作。我们分析在什么条件下的共形平坦准平衡（CFQE）的方法可以产生“天体物理相关”的初始数据，通过开发一个分析，确定违反CFQE近似的演化的二进制描述的完整的爱因斯坦理论。我们发现，CFQE的假设显着违反爱因斯坦场方程共转中子星的轨道分离的近两倍，最内层的稳定圆轨道（ISCO）分离，从而质疑的天体物理相关性的ISCO确定的CFQE方法。考虑到需要在大轨道间隔下开始数值模拟，我们推动了二元中子星系统的完整爱因斯坦方程的稳定和长期积分。我们证明了我们的数值处理的稳定性，并分析了严格的要求，精确模拟系统的分辨率和计算域的大小。
2003-12-04 astro-ph gr-qc
Spherical accretion in alternative theories of gravity
M87星系中心黑洞的开创性图像在观测天文学和黑洞物理学的交叉点上提出了问题。黑洞阴影的半径能被测量到什么程度？这种测量能用来区分广义相对论和其他引力理论吗？我们探讨这些问题，使用一个简单的球流模型在广义相对论，标量高斯-邦纳引力，Rezzolla和Zhidenko参数化度量。我们假设一个光学薄等离子体的幂律半径发射率。一路上，我们提出了一个广义的邦迪流，以及一个分段分析模型的亮度轮廓的冷流入。我们使用合成图像的二阶矩作为EHT观测量的代理，并计算二阶矩与黑洞阴影半径的比值。我们表明，修正这一比例从修改广义相对论是次主导的修正相比，关键的碰撞参量，并认为这是普遍正确的。我们发现，天体物理模型参数的不确定性在此计算中的主要来源，强调了解天体物理模型的重要性。然而，如果有一个足够精确的天体物理学模型，就有可能利用黑洞阴影的测量来区分广义相对论和其他引力理论。
2021-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Are black holes in alternative theories serious astrophysical candidates? The case for Einstein-Dilaton-Gauss-Bonnet black holes
人们普遍认为，爱因斯坦的理论将得到一些未知的修正，在强场区域可能很大。寻找这些变化的一个理想场所是在致密物体（如黑洞）附近。我们在这里的案例研究是膨胀黑洞，它出现在高斯-博内耦合和一圈校正的四维有效理论的杂合超弦在低能量的框架。这些都是有趣的物体，作为替代的原型，但表现良好的引力理论：它们避开了广义相对论的“无毛”定理，但被证明对径向扰动是稳定的。我们研究了这些黑洞作为天体物理对象的可行性，并试图提供一些方法来区分它们与广义相对论中的黑洞。我们首先扩展以前的工作，并建立这些黑洞对轴向扰动的稳定性。然后，我们寻找解决方案的场方程描述缓慢旋转的黑洞和研究测地运动围绕这个几何形状。根据溶液的质量、介子电荷和角动量的值，相对于广义相对论中的黑洞，人们可以在ISCO位置和轨道频率上有可测量的差异。这种差异在未来的实验中可能是有用的，以区分不同的引力理论。
2009-04-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Testing General Relativity with Black Hole X-ray Data
爱因斯坦的广义相对论在100多年前提出，并在弱引力场中成功地通过了大量的观测检验。相反，强场机制在很大程度上仍未被探索。天体物理学上的黑洞是测试强场引力的理想实验室。在这里，我将简要地回顾一下我们小组目前的工作，即利用NuSTAR、RXTE、朱雀和XMM-牛顿的X射线数据来测试黑洞周围的强引力场。
2020-10-08 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical constraints on compact objects in 4D Einstein-Gauss-Bonnet gravity
我们研究了一个特定的四维Horndeski理论起源于高维爱因斯坦-高斯-邦纳引力的紧凑对象的属性。值得注意的是，一个精确的真空解决方案是已知的。这个紧凑的物体与广义相对论的区别主要在于强场区。我们在这个框架下讨论了黑洞的一些性质，并详细研究了静态和慢转的中子星的性质。我们发现，相对温和的偏离广义相对论，在GW 190814的次要对象是兼容的是一个缓慢旋转的中子星，而不诉诸非常僵硬或奇异的状态方程。值得注意的是，中子星的平衡序列与黑洞极限渐近匹配，完全关闭了中子星与相同半径的黑洞之间的质量间隙，尽管平衡解的稳定性尚未确定。因此，中子星序列存在一个与物态方程无关的普适终点。根据我们的结果和目前的观测限制，我们讨论了具体的耦合常数，参数化偏离广义相对论在这个理论的约束。
2022-02-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
An interstellar mission to test astrophysical black holes
本文提出向最近黑洞发射小型航天器的星际任务构想，指出尽管极具挑战，但未来20-30年内技术有望实现，任务持续80-100年，可为检验广义相对论和黑洞研究提供难以通过其他方式获取的宝贵信息。
2025-08-13 astro-ph.HE gr-qc physics.pop-ph
Testing General Relativity with Atom Interferometry
原子干涉测量术空前的精确度将很快导致广义相对论的实验室检验达到与天体物理学观测相媲美或超过的水平。我们提出了这样一个实验，最初将测试等效原理为10^15分之一（比目前的限制好300倍），未来将测试10^17分之一。它还将探测广义相对论效应--如非线性的三引力子耦合、原子动能的引力和光的下落--精确到小数点后几位。此外，与天体物理学观测相反，实验室测试可以通过它们对实验变量的不同函数依赖性来隔离这些影响。
2007-03-27 astro-ph gr-qc hep-ph
Exotic compact objects: a recent numerical-relativity perspective
本文从数值相对论视角综述奇异致密天体的研究，强调通过模拟评估其动力学稳定性并提取引力辐射，以判断其能否成为真实天体物理实体并与引力波观测对比。
2024-06-07 gr-qc
Black-hole kicks from numerical-relativity surrogate models
双黑洞在合并时以引力波辐射线性动量。施加到黑洞残骸上的粒子速度可以达到数千公里/秒，从而将黑洞从它们的宿主星系中喷射出来。我们利用引力波形建模的最新进展，快速，可靠地提取反冲赋予通用，进动，黑洞二进制文件。我们的程序使用一个数值相对论代理模型，以获得一组二元参数的引力波形，然后从这个波形，我们直接积分的引力波线性动量通量。这完全绕过了在天体物理学背景下通常用于模拟黑洞反冲的拟合公式的需要。我们对参数空间中的黑洞反冲现象进行了深入的探索，总结并扩展了之前关于该主题的数值结果。我们的提取过程作为名为SURRKICK的Python编程语言的模块公开提供。在标准的现成机器上，踢评估需要~0.1s，因此使我们的代码非常适合移植到大规模天体物理研究中。
2018-05-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Numerical viscosity in hydrodynamics simulations in general relativity
我们提出了另一种方法来估计的数值粘性模拟的天体物理对象，这是基于阻尼的流体振荡。我们将该方法应用于球坐标系下的广义相对论流体动力学模拟。我们进行一维球形和二维轴对称模拟的径向振荡的球形系统。我们首先通过添加体粘滞度的模拟来校准该方法，并研究不同数值方案之间的差异。我们应用该方法的径向振荡的中子星，我们得出的结论是，在这种情况下的主要来源的数值粘性是表面的恒星。我们希望这种方法可以是有用的计算分辨率的要求和限制的数值模拟在不同的天体物理场景在未来。
2010-07-23 astro-ph.SR gr-qc
Ultralight dark matter: constraints from gravitational waves and other astrophysical observations
紧双星系统的轨道周期损失是引力波存在的第一个间接证据，它与爱因斯坦广义相对论有很好的一致性。然而，从一般相对论预测中测量轨道周期损失的不确定性小于1%。行星近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗延迟是对广义相对论的另外三个成功检验。虽然从一般相对论的预测中，这些观测的测量也存在不确定性。为了解决这些不确定性，我们假设辐射的超轻轴子和轻规范玻色子粒子的$L_i-L_j$类型的这些系统，可以是一个可能的候选人模糊暗物质。在这篇文章中，我们从这些天体物理观测中获得了新的物理参数的界。
2021-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational field of compact objects in general relativity
本文研究了在慢自转和轻微变形的极限情况下，用于描述天体物理致密天体引力场的爱因斯坦方程的精确解和近似解。首先，我们证明了用Fock方法得到的标准模型都不能作为近似外克尔解的内源。然后，我们使用福克的方法来推导出一个广义的内部解决方案，也是一个外部解决方案，原来是相当于外部Hartle-Thorne近似的解决方案，反过来，相当于一个近似的极限情况下的精确Quevedo-Mashhoon解决方案。结果得到了描述缓慢旋转、轻微变形天体内外引力场的解析近似解。
2012-10-05 gr-qc
Testing general relativity with the reflection spectrum of the supermassive black hole in 1H0707$-$495
最近，我们将X射线反射模型relxill推广到天体物理黑洞强引力场中检验时空度规。在本信中，我们采用这个扩展模型来分析XMM-牛顿，NuSTAR，和斯威夫特数据的超大质量黑洞在1H 0707 -495和测试偏离克尔度规参数化的约翰森变形参数$α_{13}$。我们的结果与1H 0707 -495中黑洞周围的时空度规由Kerr解描述的假设是一致的。
2018-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Surprises from the spins: astrophysics and relativity with detections of spinning black-hole mergers
对黑洞自旋的测量对于实现引力波天文学的承诺至关重要。在天体物理学方面，自旋可能是黑洞演化过程中最清晰的指标，因此提供了一种首选的方法来区分LIGO的黑洞是如何形成的。在相对论方面，自旋是造成特殊动力学现象（从长螺旋中的岁差调制到合并时的引力波反冲）的原因，这些现象编码了关于潜在天体物理过程的宝贵信息。我提出了一些例子来探索自旋动力学（相对论）和环境效应（天体物理学）之间的这种深刻而迷人的相互作用。黑洞的旋转确实在两个方面都隐藏着惊人的惊喜：形态，共振，超新星爆发的限制，多个合并世代等等。
2017-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Constraining the Noncommutative Spectral Action via Astrophysical Observations
非对易谱作用量扩展了我们熟悉的对易空间概念，使用了几乎对易空间上的谱三元组中编码的数据。通过改变一个相当简单的作用，人们可以在这种情况下导出粒子物理学的所有标准模型，以及爱因斯坦-希尔伯特引力的修正版本。因此，非对易几何提供了一种与曲率耦合的粒子物理学的几何解释。在这封信中，我们使用脉冲星定时的观测，假设没有观察到偏离广义相对论，以限制这个理论的引力部分。因此，我们直接约束非对易几何，一个潜在的大统一理论的物理学，通过天体物理观测。虽然耦合常数的界限仍然相当弱，但它们与其他设置中广义相对论的偏差的现有界限相当，并且可能受到未来观测的进一步限制。
2010-08-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Terrestrial Test of Shapiro Time Delay: Forth test of Einstein General Theory of Relativity
提出基于光纤的萨格纳克干涉仪，用于地面精确测量夏皮罗时间延迟，以独立检验广义相对论，PPN参数γ的灵敏度可达10^-9。
2026-08-06 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Pi from the sky -- A null test of general relativity from a population of gravitational wave observations
我们对观测到的引力波（GW）的理解来自于将数据与描述广义相对论（GR）的已知信号模型相匹配。这些模型以后牛顿形式表示，包含数学常数$π$。允许$π$变化，从而使一个强大的，通用的和generalisable零测试GR。从人口22 GW的观测，我们做了天体物理测量$π=3.115^{+0.048}_{-0.088}$，并首选GR作为正确的重力理论与贝叶斯因子为321。我们发现变量$π$测试对模拟超越GR效应的稳健性。
2020-05-11 gr-qc
Testing General Relativity
这堂课将回顾广义相对论过去和现在的检验。本文将回顾这一理论的要点，并列举和分析可衡量的效果。广义相对论的主要历史证实将被描述。然后，将通过一些例子来回顾目前的情况。天体物理和天体测量观测所提供的机会将很快讨论。在地面实验方面，将特别关注环形激光器，并将介绍Gran Sasso实验室的一项专门实验，该实验的首字母缩写为GINGER。还将提到使用光的替代方案，如粒子束和超流环。
2015-03-03 gr-qc
Anisotropic Stars in General Relativity
本文给出了一类描述球对称静态各向异性恒星型位形的爱因斯坦引力场方程的精确解。通过假定各向异性因子的特定形式获得解。各向异性恒星内部的能量密度以及径向和切向压力都是有限的，并且是正的。数值计算结果表明，该模型的基本物理参数（质量和半径）能够描述中子星等真实天体。
2002-05-08 gr-qc
GRAthena++: puncture evolutions on vertex-centered oct-tree AMR
数值相对论是研究动力学和强场引力体系中天体物理源的核心，如双星黑洞和中子星的合并。引力波和多信使天文学所带来的挑战要求在现代并行架构上实现高性能和可扩展的代码。我们提出GR雅典娜++，一个广义相对论，高阶，顶点为中心的求解器，扩展八叉树，自适应网格细化能力的天体物理（辐射）磁流体动力学代码雅典娜++。为了模拟动力学时空，GR-Athena ++使用数值相对论的Z4 c演化方案耦合到移动的穿刺规范。我们展示了稳定和准确的二进制黑洞合并的演变，通过广泛的收敛性测试，跨代码验证，并对国家的最先进的有效的一体波形验证。GR-Athena++利用Athena++基于任务的并行模式来实现出色的可扩展性。我们测量强大的缩放效率以上$95\%$高达$\sim 1.2\times10^4$ CPU和优秀的弱缩放显示了$\sim 10^5$ CPU的生产二进制黑洞设置自适应网格细化。因此，GR-Athena++允许紧凑的二元聚结的强大的模拟，并提供了一个可行的路径，在exascale的数值相对论。
2021-01-20 astro-ph.HE gr-qc
The Confrontation between General Relativity and Experiment: A 1998 Update
本文评述了广义相对论的实验检验和分析它们的理论框架的现状。爱因斯坦的等效原理（EEP）得到了很多实验的支持，如厄特沃什实验、狭义相对论的检验和引力红移实验。EEP的未来测试将寻找统一或量子引力产生的新相互作用。广义相对论的检验已经达到了很高的精度，包括光偏转、夏皮罗时间延迟、水星近日点推进和月球运动中的诺德维特效应。利用脉冲双星系统已经探测到了0.5%的引力波衰减，新的脉冲双星系统有望进一步改进。当对来自天体物理源的引力辐射的直接观测开始时，对广义相对论的新检验将成为可能。
1998-11-11 gr-qc
Numerical Relativity Beyond Astrophysics
虽然计算机模拟在相对论中的主要应用是天体物理系统，如黑洞和中子星，但数值方法在广义相对论的研究中也有重要的应用，广义相对论是时空本质的基础理论。本文概述了其中的一些应用。特别是，我们涵盖（i）调查的时空奇异性的性质，如那些发生在内部的黑洞和大爆炸宇宙学。(ii)研究了引力坍缩中黑洞形成的临界行为。(iii)弦论启发的研究，特别是在超过4个时空维度的黑洞和引力坍缩与负宇宙学常数时空的类似物。
2016-06-09 gr-qc
The Confrontation between General Relativity and Experiment
本文评述了广义相对论的实验检验和分析它们的理论框架的现状。爱因斯坦的等效原理（EEP）得到了很多实验的支持，如厄特沃什实验、狭义相对论的检验和引力红移实验。未来对EEP和平方反比定律的测试将寻找由统一或量子引力产生的新的相互作用。在后牛顿水平上对广义相对论的检验已经达到了很高的精度，包括光偏转、夏皮罗时间延迟、水星近日点推进和月球运动中的诺德维特效应。利用脉冲双星系统已经探测到了0.5%的引力波衰减，新的脉冲双星系统可能会产生进一步的改进。当对来自天体物理源的引力辐射的直接观测开始时，对广义相对论的新检验将成为可能。
2001-03-12 gr-qc
An interstellar mission to the closest black hole?
本文探讨了向最近黑洞发射小型探测器以检验现代物理学基本问题的可能性，指出该任务虽需20-30年技术发展且可能持续百年，但将为强场区域广义相对论精确测试提供独特机会。
2025-09-14 astro-ph.HE gr-qc
Testing Fundamental Physics with Astrophysical Transients
在宇宙学距离上的爆炸性天体物理瞬变可以用来精确检验相对论的基本假设，如洛伦兹不变性、光子零质量假设和弱等效原理（WEP）。洛伦兹不变性破坏（LIV）的特征包括真空色散和真空双折射。利用天体物理源，如伽马射线暴，活动星系核，和恒星的LIV灵敏的搜索进行了讨论。光子静止质量不为零的最直接结果是光在真空中传播的速度与频率的关系。本文详细介绍了如何利用色散方法获得不同红移的快速射电暴光子质量的联合严格极限。WEP的准确性已经得到了很好的测试的基础上，通过引力场旅行的天体物理信使的夏皮罗时间延迟。Shapiro延迟测试的一些警告进行了讨论。在这篇文章中，我们回顾和更新的基础物理的天体物理测试的状态。
2021-02-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Prospects for Improving the Theoretical Uncertainty for Tests of General Relativity with the EHT
University of Wisconsin–Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
通过模拟黑洞图像校准亮环与阴影的关系，提出观测、成像技术和物理约束可显著降低理论不确定性，从而提升广义相对论检验精度。
2026-07-01 astro-ph.HE gr-qc
First predictions of the angular power spectrum of the astrophysical gravitational wave background
我们提出的第一个预测的角功率谱的天体物理引力波背景构成的辐射所发出的所有解决和未解决的天体物理源。它的形状和振幅取决于星系尺度上的天体物理性质和宇宙学性质。我们表明，角功率谱的行为作为$C_{\ell}\propto 1/{\ell}$在大尺度上和信号的相对波动是为了在100 Hz的30%。我们还给出了天体物理引力波背景与弱透镜和星系分布的相关性。这些数值结果为研究处于广义相对论、天体物理学和宇宙学交叉点的新观测量铺平了道路。
2018-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Connecting Numerical Relativity and Data Analysis of Gravitational Wave Detectors
引力波提供了有关天体物理现象的极其详细的信息，其中包括两个黑洞的碰撞，这是一个电磁望远镜完全看不到的系统。预测来自可能来源的引力波信号的模型对于这一努力的成功至关重要。模拟引力辐射的双黑洞源需要使用强大的计算机硬件和复杂的数值算法来求解广义相对论的Eintein方程。本论文介绍了我们在理解由黑洞合并产生的地基引力波方面的进展，以及这些源对引力波天文学的影响。
2015-03-09 gr-qc
Testing General Relativity using Quasi-Periodic Oscillations from X-ray Black Holes: XTE J1550-564 and GRO J1655-40
我们使用相对论性岁差模型（RPM）（Stella et al. 1999 a）和Rossi X射线定时探测器的准周期振荡（QPO）观测结果来推导对这些源的黑洞性质的约束，并在强场区域测试广义相对论（GR）。我们扩展了Motta等人（2014 a，b）概述的技术，使用同时测量的QPO对，而不是三胞胎，并扩展了基础时空度量，以限制对天体物理学黑洞的GR预测的潜在偏差。为了做到这一点，我们修改RPM模型的Kerr-Newman-deSitter时空和模型的径向，黄道和垂直频率的变化。我们比较我们的模型与XTE J1550-564和GRO J1655-40的X射线数据，使用强大的统计技术来约束黑洞的参数和GR的偏差。对于这两个源，我们约束特定的GR偏差小于千分之一。
2021-09-15 astro-ph.HE gr-qc
Challenging theories of gravitation: dark matter, compact objects and gravitational waves
描述引力相互作用最准确的模型是众所周知的广义相对论。几个观测证据证实了该理论与旧牛顿引力理论相比的合理性。广义相对论还预言了引力波的存在，即加速质量产生的时空涟漪。多亏了一个名为LIGO/Virgo的干涉仪网络，来自大质量和紧凑天体合并的引力波已经被直接测量。这些最近的观测为测试引力相互作用的全新途径铺平了道路。利用引力波对广义相对论中的开放性问题有更深层次的理解是本论文工作的出发点。每一部分基本上都致力于挑战当前的引力模型，有时包括尚未发现的新物质场，有时修改广义相对论的理论框架。在这篇手稿的第一部分，我讨论的天体物理后果的存在标量场渗透星系。提供了大质量黑洞和标量暗物质结构相互作用的详细图片。第二部分致力于分析引力波的产生和传播。作为一个例子，我研究的封闭极限近似作为一个有前途的工具，调查极端紧凑的对象的碰撞。本文的最后一部分，而是集中在不稳定机制周围的黑洞和恒星（标量化和矢量化），在两个备选模型的引力。
2021-10-06 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Merger and Mass Ejection of Neutron-Star Binaries
中子星双星和黑洞-中子星双星的合并是地基引力波探测器最有希望的观测源之一，也是一种高能天体物理现象，在GW 170817事件中观测到的引力波和电磁波就说明了这一点。这些中子星双星的合并也是r-过程核合成最有希望的地点。完全广义相对论（数值相对论）的数值模拟是一种独特的方法，理论预测的合并过程，GWs发射，质量喷射过程，并导致EM发射。本文基于最新的数值相对论模拟结果，总结了我们目前对中子星合并和随后的物质抛射过程的认识。我们强调，数值相对论模拟的预测与GW 170817的光学和红外观测基本一致。
2019-08-06 astro-ph.HE gr-qc
Numerical hydrodynamics in general relativity
综述了理想广义相对论流体力学方程数值解的研究现状。相对于文章的早期版本，本更新提供了关于数值方案的更多信息，并扩展了对广义相对论流体力学中天体物理模拟的讨论。不同配方的方程，特别提到的保守和双曲配方以及适应先进的数值方法。大样本可用的数值方案进行了讨论，特别注意解决方案的基础上，通过线性化的黎曼求解器的方程的特征结构的计划。对强引力场中的天体物理模拟进行了全面的总结。这些包括引力坍缩、黑洞吸积和中子星的流体动力学演化。这些章节中包含的材料强调了各种代表性模拟的数值挑战。在某种程度上，它还遵循了该领域的时间发展，涉及引力场和流体动力学方程的制定以及旨在解决这些问题的数值方法的进展。
2003-05-12 astro-ph gr-qc
Astrophysical searches of ultralight particles
粒子物理学的标准模型是一个$SU(3)_c\times SU(2)_L\times U(1)_Y$规范理论，可以解释粒子之间的强、弱和电磁相互作用。爱因斯坦的广义相对论是描述引力相互作用的经典引力理论。这些理论可以很精确地解释自然界的所有四种基本力。然而，除了粒子物理学的标准模型和爱因斯坦的广义相对论理论之外，还有几个理论和实验的动机来研究物理学。用超轻粒子探测这些新的物理场景有其自身的重要性，因为它们可以成为暗物质的有希望的候选者，可以逃避暗物质直接探测实验的限制，并解决宇宙的小尺度结构问题。在本文中，我们考虑了轴子和规范玻色子作为轻粒子和他们可能的搜索通过天体物理观测。特别是，我们得到的约束超轻轴子的轨道周期损失的紧凑的二元系统，引力光弯曲，夏皮罗时间延迟。我们还从引力波和行星近日点进动的间接证据中推导出超轻规范玻色子的约束条件。这种类型的观测也可以约束几个粒子物理模型，并进行了讨论。
2022-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Confrontation between General Relativity and Experiment
本文评述了广义相对论的实验检验和分析它们的理论框架的现状。爱因斯坦的等效原理（EEP）得到了很多实验的支持，例如厄特沃斯实验、狭义相对论的测试和引力红移实验。未来对EEP和平方反比定律的检验将寻找由统一或量子引力产生的新的相互作用。在后牛顿水平上对广义相对论的检验已经达到了很高的精度，包括光偏转、夏皮罗时间延迟、水星近日点推进和月球运动中的诺德维特效应。利用赫尔斯-泰勒脉冲双星系统，我们已经探测到引力波衰减的数量，与广义相对论的结果一致，超过0.5%。其他脉冲双星系统也进行了其他测试，特别是强场效应的测试。当对来自天体物理源的引力辐射的直接观测开始时，对广义相对论的新检验将成为可能。
2006-04-04 gr-qc
Gravitational Wave Tests of General Relativity with the Parameterized Post-Einsteinian Framework
引力波天文学在研究极端天体物理现象和探索基础物理方面具有巨大的潜力。双黑洞合并产生的波将提供一个原始的环境，在其中研究强场，动力学引力。提取这些系统的详细信息需要精确的引力波信号理论模型。如果引力不是由广义相对论描述的，那么基于爱因斯坦场方程得出的波形的分析可能会导致参数偏差和检测效率的损失。一类新的“参数化后爱因斯坦”（ppE）波形已被提出来涵盖这种可能性。在这里，我们应用ppE方法模拟数据从网络的先进的地基干涉仪（aLIGO/aVirgo）和未来的空间干涉仪（LISA）。贝叶斯推断和模型选择被用来调查参数偏差，并确定偏离广义相对论的水平可以被检测到。我们发现，在某些情况下，假设错误的理论的参数偏差可能是严重的。我们还发现，引力波观测将击败现有的界限偏离广义相对论从轨道衰变的双星的大幅度跨越一个广泛的参数空间。
2011-08-23 astro-ph.HE gr-qc
Ricci-Determinant Gravity: Dynamical Aspects and Astrophysical Implications
Palatini引力作用量被Ricci张量和度规$X=|\textbf{det}.R|/|\textbf{det}.g|$的行列式的任意函数$f(X)$放大。由此产生的里奇行列式理论显示出与广义相对论的新的偏差。我们研究了一个特殊的实现，其中的扩展是由Ricci行列式的平方根，$f(X)=λ_\text{Edd}\sqrt{X}$，这对应于著名的爱丁顿行动的特点。我们分析得到的方程为一个完美的流体源，并表明，仿射连接可以解决的能量密度和压力的流体通过一个非正式的度量。作为应用，我们推导了相对论性恒星的流体静力平衡方程，并考察了Ricci张量平方根引起的显著效应。我们发现$λ_{\rm Edd}$的一个上界对应于普朗克质量标度和真空质量标度之间的层次，在这个上界上，中子星与广义相对论的预测的偏差变得突出。我们在这里提出的Ricci行列式引力有望在其他宇宙学领域产生有趣的影响。
2021-08-30 gr-qc hep-th
Physics of eccentric binary black hole mergers: A numerical relativity perspective
引力波观测的偏心双黑洞合并将提供明确的证据，这些系统的形成，通过动态组装在稠密的恒星环境。从电磁观测的角度来看，对这些天体物理学激发的源的研究是及时的，与球状星团M22和银河系中心恒星质量黑洞的存在以及地面引力波探测器的已证实的探测能力相一致。为了深入了解这些物体在动态强场引力体系中的物理特性，我们提出了一个包含89个数值相对论波形的目录，这些波形描述了质量比为$1\leq q \leq 10$的非自旋黑洞二元系统，初始偏心率高达合并前的$e_0=0.18$ 15个周期。我们使用这个目录来量化能量和角动量通过引力辐射的损失，以及黑洞残骸的天体物理性质，包括其最终质量和自旋，以及反冲速度。我们讨论了这些结果的影响引力波建模，并设计算法来搜索和识别偏心的二进制黑洞合并在现实的检测方案。
2019-09-05 astro-ph.CO astro-ph.HE cs.DC
Numerical relativity in spherical coordinates with the Einstein Toolkit
不对空间对称性做假设的数值相对论代码最常采用笛卡尔坐标。虽然这些坐标有许多吸引人的特点，但球坐标更适合利用一些天体物理物体的近似对称性，包括单星、黑洞和吸积盘。虽然坐标奇异性的出现经常破坏球坐标系中的数值相对论模拟，特别是在没有任何对称性假设的情况下，但最近已经证明，如果解析地处理坐标奇异性，这些问题可以避免。这是可能的帮助下，一个参考度量版本的鲍姆加特-夏皮罗-柴田-中村制定连同适当的重新缩放张量。在本文中，我们报告在爱因斯坦工具包中实现这种形式主义。我们适应爱因斯坦工具包的基础设施，最初设计的笛卡尔坐标，处理球坐标，提供适当的边界条件，在内部和外部边界。我们进行数值模拟的扰动克尔黑洞，提取的引力波信号，并证明，这些信号中的噪声是在球面网格，而不是笛卡尔网格计算时的数量级小。随着我们新的爱因斯坦工具包刺的公开发布，我们在球坐标系中的数值相对论方法将可用于整个数值相对论社区。
2018-05-02 astro-ph.HE gr-qc
Interpreting gravitational-wave burst detections: constraining source properties without astrophysical models
我们发现，对于探测的引力波瞬变，约束可以给出的物理参数的源，而不使用任何特定的天体物理模型。仅仅依靠广义相对论的基本原理，我们就可以仅仅根据观测波形的特征来设定源的大小、质量和距离的上限。如果源的距离是从独立的（例如电磁）观测中得知的，我们也可以设定质量和大小的下限。作为示范，我们测试了这些约束的二进制黑洞信号观测的LIGO和处女座探测器在其第一次和第二次观测运行，以及模拟的二进制黑洞和核心塌陷超新星信号重建模拟探测器数据。我们已经发现，我们的约束条件是有效的所有分析的源类型，但它们的效率（即，有多远，他们是从真正的参数值）强烈依赖于源类型，范围从在同一数量级的几个数量级的差异。在引力波信号在没有波形模板的情况下重建，并且没有关于源的天体物理模型可用的情况下，这些约束提供了可以指导天体物理建模过程的源的唯一定量表征。
2020-04-28 astro-ph.HE gr-qc
Chern-Simons Modified General Relativity
陈-西蒙斯修正引力理论是广义相对论的一个有效推广，它描述了首阶引力宇称破坏。这样一个有效的理论是由粒子物理学和弦论中的反常抵消所激发的。在这篇评论中，我们首先提供了一个教学推导的三个不同的方式，这种扩展出现：（1）在粒子物理学，（2）从弦论和（3）几何。然后，我们回顾了许多精确的和近似的，修改后的理论的真空解决方案，并讨论可能的物质耦合。在此之后，我们回顾了无数的天体物理，太阳系，引力波和宇宙学的探测绑定陈-西蒙斯修改的引力，包括讨论宇宙重子不对称性和通货膨胀。审查结束时，可能的未来方向，以测试和研究引力宇称违反的讨论。
2009-08-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Three-dimensional adaptive evolution of gravitational waves in numerical relativity
自适应技术是成功的天体物理源，如合并紧凑的双星的引力波的数值模拟的关键，因为辐射的波长通常比源的规模大得多。我们已经朝着这个目标迈出了重要的一步，在爱因斯坦方程中使用自适应网格细化来研究弱引力波的演化。2级自适应模拟与unigrid运行在粗和细分辨率进行了比较，并密切跟踪细网格运行的功能。
2000-07-18 astro-ph gr-qc
