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
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
Dark matter minispike: a significant enhancement of eccentricity for intermediate-mass-ratio-inspirals
当一个大质量致密天体，如一个黑洞（BH），螺旋进入一个中等质量黑洞（IMBH），一个中等质量比螺旋（IMRI）系统形成。这类系统是LISA、太极、天琴等天基引力波探测器的重要光源。暗物质（DM）迷你尖峰可能会在IMBH周围形成。我们研究了动力摩擦对DM小尖峰的偏心IMRI演化的影响。为此，我们建立了描述偏心IMRI在动力摩擦作用下演化的动力学方程。由于小速度时动力摩擦较大，因此在近点附近能量耗散大于近点附近。这将大大提高偏心率。例如，初始直肠半横肌为$1\rm AU$，即使是中度DM小峰也会使偏心率从$0.3$增长到$0.85$。在极端情况下，偏心率可以提高到接近$1$。我们还研究了一个球状星团中心IMRI的特殊情况，发现在IMRI进入LISA带之前，偏心率可以保持在$0.95$以上。在$10^{-3}\rm Hz$上，由于偏心率的差异，这些偏心率被DM小尖峰增强的引力波与没有DM的引力波很容易区分。这些预期可以通过未来的天基GW探测器（如LISA）进行测试。
2019-08-27 astro-ph.HE
Implications of the LISA stochastic signal from eccentric stellar mass black hole binaries in vacuum
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；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所的里雅斯特分部）；IFPU - Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；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））；Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学 G. Occhialini 物理系）；INFN, Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；Institute for Gravitational Wave Astronomy & School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学引力波天文学研究所及物理与天文学学院）
研究探讨了恒星级质量黑洞双星早期 inspiral 中的非圆轨道对随机引力波背景的影响，提出改进的 SGWB 模型并分析其对 LISA 检测的启示。
2026-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity Without Measuring Eccentricity: Discriminating Among Stellar Mass Black Hole Binary Formation Channels
我们展示了如何在LISA中的可观测的二进制数的影响，通过其对峰值引力波频率的影响，产生LIGO观测率所需的增强二进制数密度，以及偏心事件的降低信噪比。我们还演示了如何这些影响应该使人们有可能了解的偏心率分布和形成渠道作为频率的函数，即使没有明确的偏心率检测计数的二进制数。我们还提供了偏心双星的信噪比的简化计算方法。
2019-07-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Eccentric Signatures of Stellar-Mass Binary Black Holes with Circumbinary Disks in LISA
本文结合盘驱动与引力波驱动演化模型，揭示带环双星盘的恒星级双黑洞在LISA频段的可探测偏心率特征及其与质量比的关联。
2024-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Mass Beyond Measure: Eccentric Searches for Black Hole Populations
本文研究利用恒星质量双黑洞的轨道偏心率区分不同形成族群，评估 LISA、DECIGO 与 LIGO 频段探测及不同偏心率波形模板的辨别能力。
2024-02-14 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Formation of Double Neutron Star Binaries around 1mHz with LISA
我们提出了一种新的方法来检验银河系双中子星双星是否在LISA波段形成。在我们的方法中，我们分配一个有效的时间分数$τ$的每一个双中子星的LISA检测到的二进制。这个分数是作为观测到的轨道周期和偏心率的函数给出的，并且在没有带内双星形成的情况下应该均匀分布。应用统计技术，如Kolmogorov-Smirnov测试的实际列表的$τ$，我们可以检查带内二进制形成的签名。我们讨论了这种方法的前景，特别关注银河系双中子星双星在1 mHz附近的可用样本数。
2022-10-10 astro-ph.HE gr-qc
A parametrized test of general relativity for inspiralling eccentric binaries in LISA
Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（引力中心，尼尔斯·玻尔研究所）；Univ Toulouse, CNRS, L2IT（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，L2IT）；Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）
本文针对LISA观测的偏心旋近黑洞双星，构建两种含偏差参数δα的频域偏心波形模型，经lisabeta的贝叶斯分析表明，LISA可对δα施加严格约束，且偏心率增大可强化该约束。
2026-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA II: Resolved Eccentric Sources and the Gravitational Wave Background
在本系列的第一篇论文中，我们证明了在球状星团中通过动力学相互作用形成的大部分双黑洞（BBH）合并在~10^{-3}-10 ^{-1} Hz的LISA波段具有显著的偏心率。在这项工作中，我们通过LISA和LIGO波段量化这些高偏心双星的演化，并计算合并，偏心人口的随机引力波背景。我们发现，人口的BBH合并之间的三体相遇在他们的集群（约50%的所有集群形成的BBH合并）将有可测量的偏心率为他们的整个生命周期中的LISA带。在三体相遇过程中合并的BBH的数量（约占所有集群形成的BBH合并的5%）将被LIGO检测到，偏心率为e~0.1。动态组装的BBH的引力波背景由于这些系统的高初始偏心率而编码了特征性的颠簸。这个隆起的位置和幅度取决于球状星团的性质。
2018-10-17 astro-ph.HE
Perturbative Frequency Expansion for Nearly Monochromatic Binary Black Holes Detectable with LISA
本文研究LISA探测近单色双黑洞时频率导数系数的可测量性，扩展了简化Fisher矩阵分析，并探讨了从中提取轨道偏心率和第三体扰动等天体物理信息的途径。
2024-06-19 astro-ph.HE gr-qc
Extreme mass ratio inspirals from the Hills mechanism, The eccentricity distribution of Hills EMRIs in LISA
Leiden University（莱顿大学）；Università degli Studi di Trento（特伦托大学）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN - Sezione di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究院）
本文研究希格斯机制产生的极端质量比旋近体（EMRIs），通过自洽建模发现其偏心率远低于经典EMRIs，其产生率约为经典EMRI的12%，相关结果对LISA探测及准周期爆发研究有重要意义。
2026-10-12 astro-ph.HE
Bayesian parameter estimation of stellar-mass black-hole binaries with LISA
我们提出了一个贝叶斯参数估计管道测量与LISA的螺旋恒星质量的黑洞二进制文件的属性。我们的策略（i）是基于三个噪声正交LISA数据流的相干分析，（ii）采用准确和计算效率高的后牛顿波形占自旋进动和轨道偏心率，和（iii）依赖于一个嵌套的采样算法的模型证据和后验概率密度函数的计算描述一个二进制的全部17个参数。我们通过分析LISA数据挑战（LDC-1）数据集，包括66个准圆形，自旋对齐的二进制文件的信噪比范围从3到14和合并时间从3000到2年不等，证明了这种方法的性能。我们恢复22二进制信噪比高于8。在$90\%$置信度下，它们的啁啾质量通常优于$0.02 M_\odot$，而天空定位精度范围从1到100平方度。质量比和自旋参数只能对在飞行任务寿命期间合并的源进行约束。此外，我们报告成功恢复的偏心，自旋旋进源的信噪比为15，我们可以测量的偏心率$3\times 10^{-3}$。
2021-11-22 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Detecting hierarchical stellar systems with LISA
有相当一部分恒星是由三个或更多的组成部分组成的引力约束等级的成员。几乎所有周期短于三天的低质量双星都是等级系统的一部分。因此，我们预计，激光干涉仪空间天线（LISA）检测到的致密星系双星的很大一部分将是分层的三重或四重系统的成员。在引力波信号中，可以检测到由等级伴星产生的加速度，其外部周期长达100年。对于周期短于或相当于飞行任务寿命的系统，将有可能测量外层轨道的周期和偏心率。LISA对分级恒星系统的观测将提供对恒星演化的深入了解，包括Kozai-Lidov振荡在驱动系统合并中所起的作用。
2018-06-01 astro-ph.HE gr-qc
Detecting gravitational-wave bursts from black hole binaries in the Galactic Center with LISA
本研究针对围绕银河系中心Sgr A*运行的高偏心率恒星质量黑洞双星，提出基于小波分解的无模型LISA引力波暴搜索方法，可有效获取时频特性并以20%误差推断偏心率，为后续贝叶斯推断约束参数空间。
2024-08-19 astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Formation Scenarios for GW190521 and Prospects for Decihertz Gravitational-Wave Astronomy with GW190521-Like Binaries
对GW 190521的引力波探测为研究黑洞的质量分布提供了新的视角，也为天体物理形成通道提供了新的约束条件。与独立索赔的GW 190521有显着的合并前偏心率，我们调查这意味着GW 190521一样的二进制文件，动态形成。激光干涉仪空间天线（LISA）也将敏感GW 190521类双星，如果他们是圆形的从一个孤立的形成通道。然而，我们发现，GW 190521样的二进制文件，动态形式可能会跳过LISA带完全。为此，我们模拟GW 190521类似物，动态形成通过后牛顿二元单散射。从这些散射实验中，我们发现，GW 190521样的二进制可能进入LIGO室女座带的显着偏心率建议最近的研究，虽然远低于$e_{\rm 10Hz} \lesssim 0.7$的偏心率。偏心GW 190521类双星进一步激发天体物理学的情况下，一个分贝GW天文台，如更大规模的版本的中带原子引力波干涉传感器（MAGIS）。使用这种分赫兹GW探测器对GW 190521类双星进行合并前观测，将能够将GW 190521类双星的偏心率限制在比单独使用LIGO-Virgo更高的精度。这些偏心率的限制也将提供额外的见解，可能的环境，GW 190521类似的二进制文件的形式。
2021-03-16 astro-ph.HE gr-qc
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA I: Eccentric Sources Originating From Relativistic $N$-body Dynamics
我们发现，近一半的所有二元黑洞（BBH）合并动态组装在球状星团具有可测量的偏心率（$e>0.01$）在LISA带（$10^{-2}$ Hz），当广义相对论修正适当地包括在$N$体演化。如果只考虑牛顿引力，偏心LISA源的导出分数明显较低，这解释了为什么最近的研究都大大低估了这一分数。我们的研究结果对于如何使用LISA偏心率在观测上区分BBH形成通道具有重要意义，这是该任务的关键科学目标之一。我们说明，相对较大的人口偏心LISA源报告起源于BBH，合并硬化二进制单相互作用内的球状星团。这些结果表明，使用LISA探测BBH合并的起源是一个光明的前景。
2018-08-22 astro-ph.HE
Stochastic Gravitational Wave Background from Highly-Eccentric Stellar-Mass Binaries in the Milli-hertz Band
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Mani L. Bhaumik Institute for Theoretical Physics, Department of Physics and Astronomy, UCLA（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系马尼·L·巴乌米克理论物理研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Parks Road, Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
本文研究了毫赫兹波段高偏心（e≥0.9）恒星质量双星产生的随机引力波背景，发现其功率谱可能超过LISA仪器噪声，且主要由银河系内源主导，但通过有效搜索策略可将不可分辨噪声降低约两个数量级。
2026-05-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Uncovering a hidden black hole binary from secular eccentricity variations of a tertiary star
研究了近共面系统中太阳型恒星围绕黑洞双星系统的动力学行为。我们提出了一种新的效果，可以促使增长和显着的振荡的偏心率的恒星轨道时，系统遇到的“拱点进动共振”，其中的拱点进动率的外部恒星轨道相匹配的内部BHB。偏心激励要求内双星具有非零偏心率和不等质量，并且甚至可以在非共面的三重双星中产生。我们表明，长期变化的恒星轨道的远心，引起的偏心率的变化，可能是潜在的检测\textit{Gaia}。在激光干涉仪空间天线（LISA）的频带内探测BHB发射引力波是有利的，因此提供了一个独特的，多信使探测银河系中是否存在恒星质量的BHB。
2022-11-30 astro-ph.HE gr-qc
The Effect of Distant Encounters on Black Hole Binaries in Globular Clusters: Systematic Increase of In-cluster Mergers in the LISA band
本文首次系统研究了距离弱相互作用对稠密星团中并合双黑洞动力学演化的影响。最近的研究表明，密集的星系团很可能对通过引力波（GW）观测到的BBH合并速率有很大的贡献，并且许多合并将出现在LISA和LIGO灵敏度波段中可测量的显著偏心率。这是非常有趣的，因为离心率可以用来区分不同的天体物理合并通道。然而，所有这些最近的研究都是基于各种蒙特卡罗（MC）技术，只包括强相互作用的动态演化的BBH，而任何二进制一般经历的数量级更多的弱相互作用比强。众所周知，弱相互作用主要导致双星偏心率的变化，这对于BBH意味着弱相互作用可以改变它们的GW螺旋时间，从而改变它们的合并概率。基于这种动机，我们进行MC模拟的BBH演变在密集的集群的影响下，弱和强相互作用。我们发现，包括弱相互作用导致一个显着增加的数目的BBH合并在其集群内，这相应地导致了更多的偏心LISA源。这些初步结果说明了包括弱相互作用的重要性，准确地模拟如何BBH合并在集群中，以及如何将其发射的GW信号与其天体物理环境。
2019-06-17 astro-ph.HE
Neutron Star - White Dwarf Binaries: Probing Formation Pathways and Natal Kicks with LISA
本文利用双星族群合成预测LISA可探测约百个中子星-白矮星双星，并表明其偏心率和啁啾质量分布可用于研究中子星诞生踢动与公共包层演化，同时探讨了射电对应体识别前景。
2024-04-09 astro-ph.HE gr-qc
Eccentric Stellar-mass Binary Black Holes: Population, Detectability, and Waveform Analysis in the LISA and LIGO Era
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；NASA Marshall Space Flight Center（美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）
本文通过模拟本地宇宙中动力学形成的恒星质量偏心双黑洞种群，预测其在LISA和LVK波段的探测率，并分析波形收敛性及对全局拟合的影响。
2026-11-10 astro-ph.HE gr-qc
Inferring Eccentricity of Binary Black Holes from Spin-Orbit Misalignment
Columbia University（哥伦比亚大学）
通过自转-轨道偏移推断双黑洞形成时的偏心率，利用引力波测量约束其形成过程
2025-12-26 astro-ph.HE gr-qc
Equilibrium eccentricity of accreting binaries
使用高分辨率的流体动力学模拟，我们表明，等质量的双星吸积从circumbinary磁盘发展的轨道偏心率的$e \simeq 0.45$，除非他们被初始化的近圆形轨道与$e \lesssim 0.08$，在这种情况下，他们进一步循环。隐含的双峰偏心率分布类似于后AGB恒星双星。近拱点附近的大型吸积尖峰在偏心双星的光变曲线上呈现出一种准周期性的爆发性特征。我们预测，中等质量和大质量黑洞双星在$z \lesssim 10$进入\emph{LISA}带将有可测量的偏心率范围$e \simeq 10^{-3} - 10^{-2}$，如果他们经历了气体驱动的阶段。另一方面，如果GW 190521被气盘驱动进入引力波区，它将以不可检测的偏心率$\sim 10^{-6}$进入LIGO/Virgo波段。
2021-03-04 astro-ph.HE
Eccentricity evolution of compact binaries and applications to gravitational-wave physics
对来自致密双星的引力波的研究主要集中在准圆周运动上，其基本原理是波的发射使轨道变圆。在这里，我们研究这个结果的一般性，当天体物理环境（例如，吸积盘）或其它基本相互作用。我们的动机是可能的电磁对应物的双黑洞合并和轨道，但也可能使用的偏心率作为吸烟枪的新物理。我们发现：i）辐射机制（包括标量、矢量和引力波）的反作用使轨道运动圆化。ii）相反，环境效应，例如吸积和动力摩擦，会增加双星的离心率。因此，这是辐射机制和环境效应之间的竞争，决定了偏心率的演变。我们研究这种竞争中的绝热方法，包括引力辐射和动力学摩擦力。我们证明了存在一个临界半长轴，在该临界半长轴以下，引力辐射主导运动，系统的偏心率减小。然而，从环境主导阶段继承的偏心率可能是相当大的，特别是可能影响LISA源。我们提供了GW190521类源的例子。
2021-01-11 astro-ph.HE gr-qc physics.space-ph
Resonant Capture of Stars by Black Hole Binaries: Extreme Eccentricity Excitation
研究了大质量黑洞双星通过平均运动共振俘获恒星并引发潮汐瓦解事件（TDE）的机制，发现恒星偏心率会被激发至接近1，该电磁对应体有助于未来LISA任务定位引力波事件。
2024-10-16 astro-ph.HE
The effects of Galactic model uncertainties on LISA observations of double neutron stars
利用即将建立的空间引力波天文台LISA观测包含成对中子星的双星，有可能提高我们对中子星物理和双星演化的理解。在这项工作中，我们评估的影响，改变模型的银河系的运动学和恒星形成的历史上的人口预测的双中子星，将被检测到并解决LISA。我们的结论是，这些二进制的空间分布是不敏感的银河系模型的选择，相比，由小样本量引起的随机变化。特别是，对双星星系轨道的耗时计算是不必要的。偏心率和引力波频率的分布，但是，受恒星形成历史的选择。可以用激光干涉仪观测到的偏心率e>0.1的双星，大多数都小于1亿年。我们警告说，LISA观测的不同预测之间的比较需要使用一致的恒星形成历史，银河系的恒星形成历史应该考虑到观察本身的分析。缺乏对银河系模型的强烈依赖意味着LISA对双中子星联星的探测可能会为大质量联星演化提供相对清晰的探测。
2023-02-27 astro-ph.HE
Black Hole and Neutron Star Binary Mergers in Triple Systems: II. Merger Eccentricity and Spin-Orbit Misalignment
利用三级伴星诱导的Lidov-Kozai振荡研究了黑洞与中子星并合的动力学特征。对于每种类型的二进制（BH-BH和BH-NS），我们探索了广泛的二进制/三重参数，导致二进制合并，并确定偏心率（$e_\mathrm{m}$）和自旋轨道失调角（$θ_\rm {sl}^\rm f$）的分布时，二进制进入LIGO/VIRGO带。我们使用双平均（在两个轨道上）和单平均（在内轨道上）的长期方程，以及N体积分，发展系统与不同层次的水平，包括领先的顺序后牛顿效应，自旋轨道耦合和引力辐射。我们发现对于质量相当的BH-BH双星的合并，大约$7\%$有$e_\mathrm{m}>0.1$，$0.7\%$有$e_{\rm m}>0.9$ .大多数合并在LISA波段有显著的偏心。BH自旋演化和$θ_\rm {sl}^\rm f$与轨道演化和$e_{\rm m}$相关。具有$e_{\rm m} \lesssim 10^{-3}$的合并具有在$90^\circ$附近达到峰值的$θ_\rm {sl}^\rm f$的分布（并且因此有利于投影的二元自旋参数$χ_{\rm eff}\sim 0$），而具有较大$e_{\rm m}$的合并具有更各向同性的自旋轨道失配。对于典型的BH-NS双星，强烈的八元组效应导致更多的合并与不可忽略的$e_\mathrm{m}$（与$\sim 18\%$有$e_\mathrm{m}>0.…
2019-08-12 astro-ph.HE gr-qc
How to assess the primordial origin of single gravitational-wave events with mass, spin, eccentricity, and deformability measurements
在宇宙早期形成的原始黑洞群，至少可以对目前和未来的引力波干涉仪可探测到的黑洞合并事件的一小部分做出贡献。随着探测次数的不断增加，一个重要的问题是如何区分一个给定的事件是原始的还是天体物理起源的。我们系统地提出了一个全面的和相互关联的鉴别器列表，使我们能够排除，或可能声称，通过测量不同的参数，包括红移，质量，自旋，偏心率和潮汐变形的二元的原始起源。我们估计未来的探测器（如爱因斯坦望远镜和LISA）可以测量这些量的准确性，我们量化了当前干涉仪的每个反射镜的约束能力。我们将此策略应用于GWTC-3目录的紧凑型二进制合并。我们表明，目前的测量不确定性不允许我们得出坚实的结论，个别事件的原始起源，但这可能成为可能与下一代地面探测器。
2022-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Revealing the formation of stellar-mass black hole binaries: The need for deci-Hertz gravitational wave observatories
致密恒星质量双星的形成是天体物理学中一个困难但有趣的问题。有两个主要的形成渠道：在现场通过双星演化，或在致密的恒星系统通过动力学相互作用。激光干涉引力波天文台（LIGO）已经通过引力辐射探测到了黑洞双星（BHB）。这些检测为我们提供了有关系统物理参数的信息。有人声称，当激光干涉仪空间天线（LISA）运行时，与LIGO联合观察这些双星将使我们能够推导出导致它们形成的通道。然而，我们表明，在致密的恒星系统中的BHB动力学相互作用可能会导致高偏心率，使一小部分的相对论合并是听不见的LISA。LISA未检测到进入LIGO波段的BHB偏心率的下限约为$0.005$。另一方面，像DECIGO或天琴这样的分赫兹天文台将大大提高联合探测的机会，并揭示这些双星的形成通道。
2017-03-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves radiated by magnetic galactic binaries and detection by LISA
在未来的激光干涉仪空间天线（LISA）任务中，白矮星和中子星组成的银河系双星系统将成为$10^{-4}-10^{-1}\,\mathrm{Hz}$频带内引力波的主要来源。预计LISA将同时测量超过一万个这样的紧凑星系双星的GWs。对这种信号叠加的分析将是该任务面临的最大挑战之一。目前，在LISA数据码挑战中，每个星系双星都被建模为准单色的GW源。这对应于在2.5后牛顿近似下两个质点的圆周运动。如果这张照片被认为是LSIA将探测到的大多数星系双星的准确描述，那么我们仍然希望观察到具有超越点质量近似的复杂物理特性的偏心系统。在这项工作中，我们研究如何在准圆轨道的高磁性物体的二元系统可能会影响LISA检测到的GW信号的准单色图像。我们表明，偏心率产生额外的频率峰值的谐波的平均运动和磁性是负责移动每个频率峰值的情况下，没有磁性。我们提供了分析估计，并认为如果LISA能够以足够的准确度测量平均运动两倍和三倍的主峰，那么它将能够检测到磁性。
2022-11-25 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Extreme Mass-Ratio Inspirals in Active Galactic Nucleus Disks: The Role of Circumsingle Disks
本文使用Athena++进行三维流体动力学模拟，研究恒星级黑洞在超大质量黑洞薄吸积盘中的动力学，发现盘迁移速度和偏心率阻尼高度依赖于盘的表面密度梯度及周单星盘的引力作用，对LISA引力波观测具有重要意义。
2025-03-06 astro-ph.HE gr-qc
Efficient gravitational-wave model for fully-precessing and moderately-eccentric, compact binary inspirals
本文提出了适用于中等偏心率的全进动致密双星旋近引力波模型 EFPE_ME，将主导阶引力波振幅的适用范围扩展至 $e \leq 0.8$，并发现对于 $e_0 > 0.5$ 的系统该模型能有效避免 LISA 参数估计中的系统偏差。
2024-08-28 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Merging Compact Binaries in Hierarchical Triple Systems: Resonant Excitation of Binary Eccentricity
研究了具有三级伴星的致密双星（包括白矮星、中子星和黑洞）的长期动力学。由于内双星（最初的偏心率可以忽略不计）由于引力辐射而经历轨道衰减，它的偏心率可以被来自第三行星的引力强迫所激发。这种激发发生在三重系统通过“拱进共振”时，当内部双星的岁差率，由外部伴星和广义相对论的引力摄动驱动，匹配外部双星的岁差率。偏心激励要求外伴星位于偏心轨道上，内外轨道之间的相互倾角小于$\sim 40^\circ$。来自内双星的引力波（GW）信号可以随着系统通过拱点进动共振的演化而被显著地修改。对于某些系统参数（例如，白矮星双星和棕矮星三等星），当双星发射的引力波在$10^{-4}-10^{-1}$ ~Hz范围（LISA的灵敏度波段）时，就会发生共振。
2017-06-16 astro-ph.HE gr-qc
From Wide Triples to UCXBs: Multimessenger Signatures of Dynamically-formed Black Hole-White Dwarf Systems in the LISA Band
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过EKL机制揭示宽三合星可形成UCXBs，并预测其在LISA观测中的多信使特征。
2025-12-04 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Disk induced binary precession: Implications for dynamics and multi-messenger observations of black hole binaries
本文研究环双星盘诱导的近星点进动，发现其速率比轨道参数演化快一个量级，并指出该效应对 LISA 前体等亚秒差距黑洞双星的相位偏移和电磁搜寻具有重要影响。
2024-04-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Convergence of Fourier-domain templates for inspiraling eccentric compact binaries
空间探测器LISA可以观测到来自恒星质量黑洞双星早期螺旋的引力波，其中一些可能具有显著的偏心率。当前的重力波形模板仅对小轨道速度有效（即，在后牛顿膨胀中）和小初始偏心率$e_0$（“后圆形”膨胀）。我们通常定义$e_0$作为偏心率对应的轨道频率的$5 \text{ mHz}$，我们研究的收敛性能的频域inspiral模板，准确到2PN和顺序$e_0^6$的偏心率。我们计算所谓的“不忠”之间的完整的模板和“减少”模板通过删除一些条款中的定相系列，我们调查的条件下，系统误差是可以忽略不计的统计误差，我们研究的统计误差的收敛特性。通常，由于参数之间的相关性，偏心波形导致比圆形波形更大的统计误差，但是只要我们在定相中包括$e_0^2$阶或更高阶的项，误差估计就不会显著改变。
2019-09-12 astro-ph.HE gr-qc
Detection of magnetic galactic binaries in quasi-circular orbit with LISA
本文研究 LISA 对准圆轨道磁化银河双星的探测能力，指出偏心双星可能被误判为多个源从而偏差星族研究，并证明在二次谐波信噪比足够时可由准单色源搜索推断系统长期磁能。
2023-04-12 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Busting Up Binaries: Encounters Between Compact Binaries and a Supermassive Black Hole
考虑到银河系中心附近的恒星密度，紧凑型双星和超大质量黑洞之间的近距离相遇是一个合理的发生。我们目前的结果从近1300万这样的遭遇的数值研究。与以前的研究相一致，我们证实，潮汐破坏的黑洞的二进制系统，组件的二进制保持绑定到孔的偏心率~ 0.97和circularizes显着的时候，它进入经典的LISA带。我们的研究结果还表明，人口的幸存双星值得关注。这些双星系统的内部轨道参数受到扰动，可能会产生有趣的观测结果。我们研究了生存参数空间的区域，并估计了相遇后轨道参数的分布。我们发现幸存的双星变硬，它们的离心率增加，从而加速了它们的合并，由于引力辐射发射，并增加了预测的合并率高达1%。
2015-01-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Parametrized tests of general relativity using eccentric compact binaries
本文提出两种将广义相对论参数化检验推广到偏心双星的方法，分别通过后牛顿阶偏心相位偏差参数和近星点进动速率偏差来约束偏离，并给出LIGO、LISA-CE及DECIGO的预期约束精度。
2024-12-28 astro-ph.HE gr-qc
Identifying galactic binary systems of neutron stars and black holes with LISA
University of Birmingham（伯明翰大学）；Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
该研究针对LISA探测到的约100个银河系双星，利用贝叶斯推断管道，通过测量轨道偏心率等参数，可对其中约10%-50%的黑洞-中子星双星进行分类，为研究银河系天体形成提供新见解。
2026-10-23 astro-ph.HE
The Dragon-II simulations -- III. Compact binary mergers in clusters with up to 1 million stars: mass, spin, eccentricity, merger rate and pair instability supernovae rate
基于 Dragon-II 的 19 个 N 体星团模拟，研究致密双星并合的质量、偏心率、并合率及不稳定对超新星率，揭示原初与动力学并合的差异，并给出多信使探测前景。
2023-07-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave sources in our Galactic backyard: Predictions for BHBH, BHNS and NSNS binaries detectable with LISA
未来从太空寻找引力波将对我们银河系中的双致密天体（DCO）敏感。我们提出了新的模拟人口的双黑洞（BHBH），黑洞中子星（BHNS）和双中子星（NSNSs），将可探测的计划空间为基础的引力波探测器LISA。对于我们的估计，我们使用的金属丰度依赖的银河系的恒星形成历史的一个精确的通知模型。我们使用一套广泛的二元总体合成预测来填充它，以适应与质量传递、共同包层、超新星反冲、残余质量和风质量损失物理学相关的不同假设。对于4（10）年的LISA任务，我们预测在这些变化中有30-370（50-550）个探测器，其中6-154（9-238）个是BHBH，2-198（3-289）个是BHNS，3-35（4-57）个是NSNS。我们讨论了如何在物理假设的变化改变的可检测系统的属性的分布，即使在检测率不变。特别是，我们讨论了可观察到的特点，如啁啾质量，偏心率和天空定位和如何BHBH，BHNS和NSNS人口可以区分，无论是从彼此和更多的双白矮星人口。我们进一步讨论了脉冲星群的多信使观测与平方公里阵列（SKA）的可能性，并评估延长LISA任务的好处。
2021-11-26 astro-ph.HE
Dynamical formation of high-eccentricity compact binaries through BH--BH*/TZO collisions
Tsinghua University（清华大学）；University of Toronto（多伦多大学）；Westlake University（西湖大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
本研究通过流体动力学与半解析少体模拟，提出大质量主序星经连续捕获恒星级黑洞形成高偏心率致密双星的新通道，该双星或可成为对应形成场景的独特引力波标识。
2026-08-31 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Eccentric Black Hole Mergers in Active Galactic Nuclei
随着LIGO/Virgo的发现，引力波瞬变的天体物理起源是一个及时的开放性问题。在活动星系核（AGN）中，双星通过与稠密的恒星和气态AGN盘的相互作用而有效地形成和演化。先前的研究表明，在这样的环境中，恒星质量的黑洞（BH）合并可以解释LIGO/Virgo观测到的合并率和疑似等级合并的数量。双星偏心率分布可以提供进一步的信息来区分天体物理模型。在这里，我们推导出活动星系核盘中BH合并的偏心率分布。我们发现，偏心率主要是由于双单（BS）的相互作用，这导致大多数BH合并活动星系核盘有一个显着的偏心率在$0.01\,\mathrm{Hz}$，检测的LISA。如果BS相互作用发生在各向同性的三维方向上，那么活动星系盘中合并的$8$- $30\%$的偏心率将在$10\,\mathrm{Hz}$上大于$e_{10\,\rm Hz}\gtrsim 0.03$，可以被LIGO/Virgo/KAGRA探测到，而合并的$5$ -$17\%$的偏心率为$e_{10\,\rm Hz}\geq 0.3$。另一方面，如果BS的相互作用被限制在活动星系核的磁盘平面由于从磁盘的扭矩，与1-20个中间的二元状态在每个相互作用，或者如果黑洞可以迁移到$\lesssim10^{-3}\,\mathrm{pc}$从中央超大质量黑洞，然后$10$ - $70\%$的合并将是高度偏心（$e_{10\,\rm Hz} \geq…
2020-12-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Action-angle variables of a binary black hole with arbitrary eccentricity, spins, and masses at 1.5 post-Newtonian order
Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS（巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学，法国国家科学研究中心）；Department of Physics and Astronomy, The University of Mississippi（密西西比大学物理与天文学系）；Universidad de Ingenieria y Tecnologia – UTEC（秘鲁科技工程大学）；Department of Physics and Astronomy, Seoul National University（首尔大学物理与天文学系）
本文基于动作-角度变量理论，解决了二体黑洞在1.5后牛顿阶的动态问题，通过引入不可测相空间坐标扩展相空间，计算了剩余第五个动作，并为更高阶的保守动态分析奠定了基础。
2026-04-04 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
Gravitational-Wave Signatures of Highly Eccentric Stellar Binary Black-Holes in Galactic Nuclei
Monash University（莫纳什大学）；OzGrav: Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（澳科引力波卓越中心）；H.H. Wills Physics Laboratory（H.H.威尔斯物理实验室）；Niels Bohr International Academy（尼尔斯·玻尔国际学院）；INFN-Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）
本研究利用TSUNAMI N体代码识别星系核中高偏心率双黑洞的四种轨道族，并通过四极公式构建波形，为LISA观测区分动力学起源和测量第三体质量提供新方法。
2025-10-15 astro-ph.HE
The three body first post-Newtonian effects on the secular dynamics of a compact binary near a spinning supermassive black hole
在星系核内的超大质量黑洞（SMBH）附近形成的双星黑洞（BBH）会受到SMBH引力扰动的偏心率激发，从而更有效地合并。本文研究了三重体系中三体第一后牛顿效应与SMBH自旋效应的耦合。我们扩展了以前的工作，包括德西特旋进和Lense-Thirring旋进之间的耦合从SMBH自旋。这种耦合既包括内轨道角动量的进动，也包括外轨道角动量的Runge-Lenz矢量在一般参考系中的进动。我们发现，在未来的LISA检测的（最大）偏心率的变化，在相邻的Kozai-Lidov周期由于自旋效应。我们关于三体系统中三体1 PN效应耦合的一般性论点可以推广到任何其他情况，只要外轨道平面发生演化。
2020-10-19 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from the late inspiral, transition, and plunge of small-mass-ratio eccentric binaries
MIT（麻省理工学院）；University of Rhode Island（罗德岛大学）；University of Massachusetts, Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
本文研究小质量比偏心双星晚期环进、过渡和 plunge 阶段引力波特性，通过 Teukolsky 方程时间域求解代码分析偏心率和轨道异常角对 quasinormal 模式和晚期尾波的影响。
2026-03-20 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-Wave Signatures of Highly Eccentric Stellar-Mass Binary Black Holes in Galactic Nuclei
Monash University（莫纳什大学）；OzGrav: Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（澳大利亚研究委员会引力波发现卓越中心）；Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）；Kavli Institute for Cosmology Cambridge（卡弗里宇宙学剑桥研究所）；H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol（布里斯托大学H.H.威尔斯物理实验室）；Gravity Exploration Institute, School of Physics and Astronomy, Cardiff University（卡迪夫大学物理与天文学重力探索研究所）；Departamento de Astronomía, Facultad Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Concepción（康塞普西翁大学物理与数学科学学院天文学系）；National Institute for Nuclear Physics – INFN, Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）
研究通过TSUNAMI代码识别四种轨道家族，利用四极公式构建引力波形，区分高偏心率双星在LISA观测中的特征。
2026-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Impact of a Spinning Supermassive Black Hole on the Orbit and Gravitational Waves of a Nearby Compact Binary
最近的理论研究表明，恒星质量的双星黑洞（BBH）将更有效地合并由于Kozai-Lidov机制，如果这些双星形成在附近的超大质量黑洞（SMBH）。由于SMBH可能旋转迅速，我们继续我们早期的研究推广的Kozai-Lidov形式主义，包括自旋的SMBH和研究附近的BBH的演变。我们发现，偏心率和轨道倾角的BBH显着的影响，因为自旋（i）迫使轨道平面的质量中心的BBH周围的SMBH进动（透镜-Thirring效应）和（ii）施加额外的重力磁场力的BBH。因此，BBH的合并时间可能会有很大的不同。我们计算的波形从BBH在一个有代表性的例子，并研究其可探测性的毫赫兹GW探测器，如激光干涉空间天线（LISA）。我们发现，在没有自旋的情况下的信号是可区分的。我们的研究结果表明，在LISA带的BBHs可能被用来探测星系中心的SMBHs的自旋。
2019-08-05 astro-ph.HE gr-qc
Evolution of binary black holes in AGN accretion discs: Disc-binary interaction and gravitational wave emission
双黑洞合并是LIGO/Virgo探测到的引力波事件的主要来源。嵌入活动星系核（AGN）吸积盘中的二元黑洞是这种GW事件的可能候选者。结合盘-双星相互作用的演化方程和GW螺旋，我们发展了一个理想化的分析模型，用于分析活动星系核吸积盘中BBH的轨道演化。我们调查耦合的“光盘+GW”驱动的BBHs从光盘驱动的制度过渡到GW驱动的制度，在小的分离轨道分离的演变。在这个演化通道中，BBH合并被加速的轨道衰变和轨道偏心率增长的组合在光盘为主的政权。我们提供了一个量化的合并时间尺度$τ_\text{merger}$，并分析其依赖于吸积盘和二进制轨道参数。通过计算的GW频率的函数的轨道偏心率的演变，我们预测，大多数双星活动星系核盘应具有显着的剩余偏心率（$e \sim 0.01-0.1$），潜在的LISA检测。我们进一步讨论了这种特殊的BBH在AGN通道的二元演化路径的框架内的潜力和警告。
2020-06-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
An Efficient Signal to Noise Approximation for Eccentric Inspiraling Binaries
偏心率已经成为一个潜在的有用工具，有助于确定黑洞合并的起源。然而，由于计算偏心信号的幅度所需的大量谐波，偏心模板在计算上可能非常昂贵，使得用于区分来自不同地层通道的分布的统计分析非常具有挑战性。在本文中，我们概述了一种方法，用于估计信噪比的吸气二进制在较低的频率，如那些建议为LISA和DECIGO。我们的近似可以更普遍地用于任何准周期源。我们认为，令人惊讶的是，信噪比评估在或接近峰值频率（功率）是很好地近似使用一个恒定的噪声曲线，即使在现实中的噪声应变具有幂律依赖。我们还改进了我们以前的计算，以允许在噪声中的频率依赖性，以扩大偏心率和频率的范围，我们的近似适用于这个初始估计。我们将展示如何应用这种方法来得到一个答案准确的两个因素内几乎整个预计可观察到的频率范围。我们强调，这种方法不是详细的信号处理的替代品。其效用主要在于在不同人群中识别理论上有用的判别器，并提供相当准确的估计，以确定它们的工作效果。此外，当观察到事件时，这种近似可以用于以计算上经济的方式缩小参数范围。此外，我们还展示了一种独特的方法来识别具有极高偏心率的事件，其中信号相对于高频端的天真期望有所增强。
2021-03-30 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
