Ultralight Boson Ionization from Comparable-Mass Binaries
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高级技术学院物理系CENTRA中心）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma & INFN, Sezione di Roma（罗马第一大学物理系及罗马INFN分部）；Walter Burke Institute for Theoretical Physics, California Institute of Technology（加州理工学院沃尔特·伯克理论物理研究所）
该研究结合数值模拟与半解析框架，表征等质量双星形成的引力分子结构与电离，发现偏心率诱导的共同运动组分电离可高效圆化双星，且该分子阶段会显著改变超大质量黑洞双星的随机引力波背景。
2026-08-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Amplified capture rate of dark matter in compact binaries and constraints on bosonic dark matter from GW170817
本研究发现双星系统会放大暗物质吸积流，通过模拟得到圆轨道双星等情形下放大因子约4-5，据此改进了非湮灭玻色暗物质散射截面约束，并结合GW170817给出截面上限与最大吸积质量分数限制。
2025-09-03 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational scattering of solitonic boson stars: Analytics vs Numerics
本文通过解析与数值方法对比，首次提出了有效一维势能模型，用于构建引力波模板，研究了玻色星二体系统的散射特性。
2025-11-30 gr-qc hep-th
Orbital Dynamics of Binary Boson Star Systems
我们扩展了我们以前的研究玻色子星的正面碰撞，考虑轨道运行的双玻色子星。我们集中在等质量的双星和玻色子/玻色子和玻色子/反玻色子对的动力学行为的研究。我们研究了这些双星的引力波输出，并与其他致密双星进行了比较。这样的比较让我们探索在黑洞双星系统产生的引力波中观察到的明显的简单性。然而，在我们感兴趣的系统中，有一个额外的内部自由度在系统的动力学中起着重要作用，即每个恒星的相位。我们的演化在早期表现出相当简单的行为，但在不同的初始配置后期会出现很大的差异。
2007-06-16 astro-ph gr-qc math-ph
Lessons from binary dynamics of inspiralling equal-mass boson-star mergers
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Caltech（加州理工学院）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）；Ecole normale supérieure（巴黎高等师范学院）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究等质量玻色星双星的引力波现象，通过数值相对论模拟比较双星波形差异，发现玻色星在晚期 inspiral 和 merger 阶段与黑洞系统有显著差异，且某些情况下激发了子主导的奇次多极辐射。
2026-04-28 gr-qc
A Numerical Study of Boson Star Binaries
本文描述了在广义相对论近似下对玻色子双星的数值研究。我们采用的近似对广义相对论的动力学变量（3度规的共形平坦性）和时空的时间切片（最大切片）施加了一定的限制。由此产生的建模问题需要一个耦合的非线性系统的4双曲型，5椭圆型偏微分方程（PDE）在三个空间维度和时间的解决方案。我们近似地解决这个系统作为一个初边值问题，使用有限差分技术和众所周知的，计算效率高的数值算法，如多重网格法的情况下的椭圆方程。仔细注意代码验证的问题，论文的一个关键部分是演示，有限差分离散化的基本规模减少，我们的数值代码产生的结果收敛到一个解决方案的连续系统的偏微分方程所需的。本文最后讨论了玻色子双星轨道动力学的一些初步探索的结果。特别是，我们描述的计算中，这样一个二进制的运动是遵循两个以上的轨道周期，这是一个显着的进步，比以前的研究。我们还提出了计算结果中的玻色子恒星合并，并有证据表明黑洞形成。
2010-03-01 gr-qc
Spin and quadrupolar effects in the secular evolution of precessing compact binaries with black hole, neutron star, gravastar, or boson star components
讨论了偏心轨道上含有重力星、黑洞、中子星或玻色子星的进动双星。我们推导出长期的演化方程，第二后牛顿阶精度，领先的顺序自旋轨道，自旋自旋，和质量四极矩的贡献。新兴的封闭系统的一阶微分方程演化的极角和方位角的自旋和轨道角动量矢量与近星点角。世俗的动力是自主的。我们确认数值，长期的演变看起来像平滑的瞬时演变在时间尺度上的辐射反应是可以忽略不计的。自旋极角的长期演化和它们的方位角的差产生一个封闭的子系统。我们研究分析这个系统的特殊情况下，一个自旋占主导地位的其他和黑洞玻色子星双星的质量相等。在第一种情况下，当较大的自旋几乎与轨道共面时，复制较小自旋的已知大触发器。我们还发现了新的，四极诱导的触发器发生时，中子星与主导自旋有一个四极参数$w_1\approx 3$。最后，通过比较黑洞伴星是引力星、另一个黑洞和一个质量相同的玻色子星的情况，数值分析了自旋角的演化。我们发现，当伴星是一个黑洞时，触发器的振幅和周期都是最大的。在玻色子伴星的情况下，触发器的频率显着增加。此外，虽然在引力星和黑洞的情况下，摆动型的方位角演化发生，与组件的自旋周期性地相互超越，它们的序列是保守的，当同伴是玻色子星。
2022-10-01 gr-qc
The response of ultralight dark matter to supermassive black holes and binaries
标量场可以产生受限结构，如玻色子星或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了超轻场时的暗物质晕。在这里，我们研究的动力学响应时，在其附近的外部物质（恒星，行星或黑洞）激发的这种限制玻色子结构。这样的微扰既可以是穿过玻色子组态的，也可以只是作为周期源。我们的设置也可以有效地描述一个大质量的黑洞和周围环境之间的相互作用，不久后，大质量的身体已经经历了“踢”，由于重子物质在银河系中心的崩溃。它还描绘了暗物质耗尽作为一个反应的光环内的螺旋双星。我们计算总能量损失，以及在这些过程中辐射的线动量和角动量，并进行第一次自洽计算的动态摩擦作用在这些背景下的移动物体。我们证明了牛顿玻色子星（NBS）中心的引力坍缩为超大质量黑洞伴随着周围核心的微小变化。NBS最终会被吸积，但只有在比哈勃尺度的天体物理参数大的时候。恒星或超大质量双星能够“搅动”并从NBS中排出标量。对于在LIGO或LISA波段的二进制，接近合并，标量发射影响波形在领先的$-6$ PN阶相对于占主导地位的四极项;系数太小，允许检测下一代干涉仪。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们所处的超轻暗物质环境之间相互作用的完整图景。
2020-08-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Black Hole-Boson Star Binaries: Gravitational Wave Signals and Tidal Disruption
University of Cambridge（剑桥大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Caltech（加州理工学院）
研究黑洞-玻色星双星系统中引力波信号与潮汐破坏，探讨四次自相互作用和标量场溶iton势的影响，提出改进初值数据的方法，并分析不同标量势对辐射效率和潮汐破坏的抑制作用。
2026-10-06 gr-qc
Hair is complicated: Gravitational waves from stable and unstable boson-star mergers
Kings College London（伦敦国王学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Stony Brook University（石溪大学）
研究通过模拟发现，玻色星并合产生的引力波能量显著高于黑洞碰撞，其特征由溶iton势和稳定性决定。
2025-11-20 gr-qc
Gravitational Atoms and Black Hole Binaries
本论文研究超轻玻色子云（引力原子）与双黑洞伴星的动力学，揭示云催化双星形成、电离及吸积过程，并识别其在引力波中的独特观测特征，为探测新粒子提供途径。
2024-12-17 gr-qc hep-ph hep-th
Gravitational Collider Physics via Pulsar-Black Hole Binaries
我们建议用脉冲星-黑洞双星作为引力对撞机物理的探测器。在脉冲星引力作用下，黑洞周围玻色子云的原子跃迁反作用于黑洞的轨道运动。这就导致双星周期衰减与广义相对论预言的结果有偏差，而脉冲星到达时的Rømer延迟可以直接探测到这一偏差。这种方法的灵敏度和准确度估计为两个典型的原子跃迁。它示出，一旦过渡发生在可观察的窗口内，脉冲星定时精度几乎总是足以捕获的共振现象。
2020-09-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Vector gauge boson radiation from compact binary systems in a gauged $L_μ-L_τ$ scenario
一个紧凑的双星系统的轨道周期衰减主要是由于四极引力辐射，这与观测一致的百分之一。其他类型的辐射，如超轻标量或赝标量辐射，大质量矢量玻色子辐射也有助于轨道周期的衰减，只要发射粒子的质量小于紧凑双星系统的轨道频率。得到了中子星-中子星和中子星-白矮星双星在大质量矢量场辐射下的能量损失表达式。中子星由于简并电子的化学势较大，所以具有较大的μ介子电荷。我们导出了双星中由于$U(1)_{L_μ-L_τ}$规范玻色子辐射引起的能量损失。对于矢量玻色子的辐射，质量受致密双星轨道频率$M_{Z^\prime}<Ω\simeq10^{-19}eV$的限制。利用轨道周期衰减公式，得到了四个紧致双星系统规范$L_μ-L_τ$理论中规范玻色子耦合常数的限制。对于矢量规范玻色子μ子耦合，我们发现对于$M_{Z^\prime}<10^{-19}eV$，耦合常数的约束是$g<\mathcal{O}(10^{-20})$。我们还得到了有质量矢量普罗卡场和能与μ子耦合的规范场的不相容图。
2019-12-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Eccentricity Distribution of Wide Binaries
未来的盖亚和遗产空间和时间调查数据发布，以及广域光谱调查，将提供大量具有相空间坐标的分辨双星样本，尽管节奏很低。给定一个偏心率法$f(ε)$，我们得到的性质（一）的速度分布$v/\sqrt{G M/r}$归一化的值为圆形轨道在测量的分离$r$ ;（二）天体测量加速度分布$a/\left(G M/r^2\right)$再次归一化的圆形轨道值。我们的配方产生分析预测的一些常用的偏心率的法律，如果数据采样的时间尺度是可比的或超过二进制期间的完整的统计分布。特别是，线性偏心率定律的速度分布非常简单。利用贝叶斯分析方法，提出了一种基于实测速度分布推断偏心率分布的方法。
2022-10-12 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Detectability of gravitational atoms in black hole binaries with the Einstein Telescope
本文研究黑洞双星中由超辐射形成的引力原子对引力波形的影响，通过牛顿近似数值模拟和费舍尔矩阵分析，评估当前及下一代地面引力波探测器对超轻玻色子云的探测潜力。
2025-07-22 astro-ph.HE gr-qc
Boson star-black hole binaries: initial data and head-on collisions
Hangzhou Institute for Advanced Study (HIAS), University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（杭州高等研究院，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）
研究通过数值相对论分析玻色星-黑洞正面对撞的初始数据及引力波现象，发现单体共形因子修正可抑制非物理径向振荡，揭示高阶多极子对区分混合双星合并与纯黑洞双星的重要性。
2026-08-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves and kicks from the merger of unequal mass, highly compact boson stars
近几十年来，玻色子星作为致密物体的简单、自洽模型以及在某些暗物质场景中形成的自引力结构引起了人们的广泛关注。通过电磁特征直接探测这些假想物体是不可能的，因为它们的玻色子成分预计不会与普通物质和辐射发生显着相互作用。然而，玻色子双星可能会形成并合并，释放出可检测到的引力波信号，这可能会将它们与包含黑洞和中子星的普通紧凑物体双星区分开来。我们研究了两个玻色子星的合并，通过数值演化的完全相对论性爱因斯坦-克莱因-戈登方程的复杂的标量场与孤立子的潜力，产生非常紧凑的玻色子星。由于质量-半径图的陡峭，我们可以研究质量比高达$q\approx23$的不等质量玻色子双星的动力学和引力辐射，而不像演化大质量比的双星黑洞那样困难。与先前研究的等质量情况类似，我们对合并的数值演化产生了一个非旋转的玻色子星或一个旋转的黑洞，这取决于初始质量和双星角动量。我们没有发现任何证据表明，在旋转的黑洞或玻色子星周围形成了同步标量云。有趣的是，与等质量的情况相反，耗散角动量的机制之一现在是不对称的，并导致大的反冲速度（高达几个$10^4\,{\rm km/s}$），这可能会产生游荡的残余玻色子星。我们还比较了玻色子双星和黑洞双星的引力波信号，并讨论了地面干涉仪对这些差异的探测能力。
2022-09-16 gr-qc
Bayesian parameter estimation on boson-star binary signals with a coherent inspiral template and spin-dependent quadrupolar corrections
本文通过含潮汐形变和自旋相关四极修正的相干旋近模板，对玻色子星双星信号进行贝叶斯参数估计，研究第三代引力波探测器区分其与黑洞并约束标量场基本耦合的能力。
2023-02-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational Collider Physics via Pulsar-Black Hole Binaries II: Fine and Hyperfine Structures are Favored
旋转的黑洞可以通过超辐射被光玻色子遮蔽，从而获得类似原子的结构。如果这样的引力原子系统与脉冲星相伴，脉冲星可以触发引力原子能级之间的跃迁，并且这些跃迁可以通过脉冲星计时来检测。我们表明，在这样的脉冲星-黑洞系统中，精细和超精细结构的过渡更有可能被探测比玻尔过渡。此外，这些精细和超精细结构转变的计算处于更好的分析控制之下。因此，这些精细和超精细结构跃迁是在脉冲星-黑洞系统中寻找引力对撞机信号的理想探针。
2021-07-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Dynamic Signatures of Black Hole Binaries with Superradiant Clouds
如果有一个玻色子场的康普顿波长与黑洞的大小相当，那么旋转的黑洞周围可能会形成超辐射云。在本文中，我们研究的云附近的紧凑型物体的轨道上的影响。特别是，我们考虑了由于能级混合的动力学摩擦和反反应。在这些相互作用下，黑洞动态捕获其他致密物体（如恒星质量黑洞和中子星）的概率通常随着云的存在而增强。对于极端质量比的吸气黑洞和双星质量的双星黑洞，云诱导的轨道调制可以通过使用星载引力波探测器（如LISA）观测引力波形来检测。有趣的是，在一定的玻色子康普顿波长范围内，恒星质量黑洞捕获率的增强可能会加速分级合并，更高世代的合并产物的质量超过超新星对不稳定性预测的质量阈值。这些观测信号为用引力波寻找轻玻色子提供了有希望的方法。
2020-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Head-on Collisions of Boson Stars with Bowen-York Type Initial Data
Center for Gravitational Physics, Weinberg Institute, Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校引力物理中心、韦恩伯格研究所、物理系）
研究玻色子星正面碰撞，采用受鲍恩 - 约克初始数据启发的方法，测试单个带线性动量的玻色子星，展示了玻色子星间及与黑洞碰撞结果，证明该方法有效，且发现玻色子星碰撞与黑洞碰撞在引力波辐射能量上的差异。
2026-07-13 gr-qc
Generic initial data for binary boson stars
本文利用共形薄夹层方法首次为双玻色子星构造满足爱因斯坦约束方程的初始数据，并成功生成旋近-并合-铃宕引力波波形，为无事件视界致密天体并合研究奠定基础。
2023-12-04 gr-qc hep-ph
Axion clouds may survive the perturbative tidal interaction over the early inspiral phase of black hole binaries
引力波观测具有探测超轻玻色子场（如轴子）的潜力。轴子通过超辐射不稳定性在旋转黑洞（BH）周围形成云，并对黑洞的引力波形产生影响。另一方面，考虑到云与BH在一个双系统，潮汐相互作用消耗云在某些情况下，在螺旋阶段。我们做了详尽的研究云耗尽数值在一个广泛的参数范围内的等质量的双星，假设只有四极潮汐扰动是在工作中。我们发现，只有当$l=1$模式是增长最快的模式，并且双星轨道在非相对论性参数区域是反向旋转时，云才能避免由于潮汐效应而消失。
2021-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraint-satisfying binary boson star initial data via XCFC
Universitat de València（瓦伦西亚大学）
本文提出了一种基于XCFC方法的构造满足约束条件的二元玻色星初始数据的方法，克服了传统方法中局部唯一性和收敛性问题，通过迭代求解器展示了该方法在多种标量场物质系统中的收敛性，包括高斯型轮廓、拓扑环形配置和等质量玻色星双星系统。
2026-05-20 gr-qc
Searching for Ultra-light Bosons and Constraining Black Hole Spin Distributions with Stellar Tidal Disruption Events
靠近位于星系中心的超大质量黑洞的恒星会被潮汐力剧烈地破坏，导致耀斑，在天空调查中被观察到明亮的瞬变事件。这些事件发生的速率取决于黑洞的自旋，而黑洞的自旋又会受到超辐射引起的超轻玻色子的影响。我们对这些影响进行了详细的分析，并表明寻找恒星潮汐破裂对揭示超轻玻色子的存在具有重要的潜力。特别是，我们发现，即将到来的恒星潮汐破坏率测量的维拉鲁宾天文台的遗产调查的空间和时间可以用来发现或排除玻色子的质量范围从$10^{-20}$到$10^{-18}$ eV。我们的分析还表明，这些测量可以用来约束各种超大质量黑洞的自旋分布，并确定是否接近最大的自旋是首选。
2022-02-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave searches for ultralight bosons with LIGO and LISA
超轻玻色子可以在旋转的黑洞中引发超辐射不稳定性，利用它们的旋转能量来触发玻色子凝聚体的生长。这些玻色子云可能的观测印记包括：（i）直接探测到凝聚体发射的近单色（可分辨或随机）引力波，以及（ii）在天体物理学黑洞的自旋与质量平面（有时也称为“Regge平面”）的大自旋处形成“洞”的统计学显著证据。在这项工作中，我们专注于LISA和LIGO检测或约束标量范围内的质量$m_s\in [10^{-19},\,10^{-15}]$ eV和$m_s\in [10^{-14},\,10^{-11}]$ eV，分别的前景。使用天体物理模型的黑洞人口校准的观测和黑洞微扰理论计算的引力辐射，我们发现，在乐观的情况下，LIGO可以观察到一个随机背景的引力辐射的范围$m_s\in [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]$ eV，并高达$10^4$可分辨的事件在$4$年的搜索，如果$m_s\sim 3\times 10^{-13}\,{\rm eV}$。LISA可以观察到玻色子质量在$m_s\in [5\times 10^{-19}, 5\times 10^{-16}]$范围内的随机背景，如果是$m_s\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$，则可以在$4$年搜索中观察到$\sim 10^3$可分辨事件。LISA可以进一步测量黑洞双星的自旋，其组件质量在$[10^3, 10^7]~…
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Universal Relations for Rotating Scalar and Vector Boson Stars
本文研究旋转爱因斯坦-克莱因-戈尔登场星和普罗卡星的多极结构，利用现实势寻找普适关系，以在引力波观测中区分玻色子星与其他致密天体，并给出相关可观测量的获取方法。
2024-08-02 gr-qc hep-th
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Fundamental Physics and Beyond the Standard Model
引力波探测器是探测强引力场，特别是黑洞和中子星的强大工具。这些紧凑的物体在产生电磁和引力辐射方面非常有效。因此，它们是基础物理学的理想实验室，具有巨大的发现潜力。第三代地球探测器、空间探测器和脉冲星定时阵列对黑洞双星的探测将提供对广义相对论的精密检验。响亮的“黄金”事件和极端质量比的灵感可以通过映射外部时空几何来加强视界的观测证据，告诉我们可能的近视界修改，也许还揭示了爱因斯坦引力的崩溃。对黑洞自旋分布的测量和连续的引力波搜索可以把黑洞变成超轻玻色子的有效探测器，其质量可以达到10个或更多数量级。对螺旋双星相位的精确监测可以限制额外传播场的存在，并描述双星生活的环境，限制当地暗物质密度和性质。来自致密双星的引力波将在以前无法触及的领域探索广义相对论和基础物理学，并使我们能够解决我们目前对宇宙的理解中的基本问题。
2022-03-31 gr-qc hep-ph hep-th
Resonant history of gravitational atoms in black hole binaries
本文研究黑洞双星旋近中超轻玻色子云的共振历史，首次一致考虑轨道反作用非线性及一般偏心率与倾角，揭示共振启动或中断的临界条件，并刻画了未来毫赫兹引力波探测中的观测特征。
2025-08-17 gr-qc hep-ph hep-th
Gravitational-Wave Data Analysis with High-Precision Numerical Relativity Simulations of Boson Star mergers
本研究通过高精度数值模拟玻色子星双星并合，将引力波信号注入LIGO噪声，发现部分信号与现有模板简并但参数有偏，部分则具有独特特征。该方法为引力波数据分析提供了替代解释途径。
2024-11-07 gr-qc
Constraining Alternate Models of Black Holes: Type I X-ray Bursts on Accreting Fermion-Fermion and Boson-Fermion Stars
在排除其他可能的选择之前，黑洞的存在仍然值得怀疑。基于这个动机，我们考虑一个致密恒星的模型，其中大部分质量由某种暗粒子组成，一小部分质量以普通核子气体的形式存在。除了通过重力，气体不会与暗物质相互作用，而是作为单独的费米子流体成分聚集在中心。根据暗物质是由费米子还是玻色子组成，这些物体可以分别被称为费米子-费米子星或玻色子-费米子星。为了适当选择暗物质粒子的质量，这些物体是X射线双星中黑洞候选者的可行模型。我们考虑暗质量为10个太阳质量，气体质量范围从10 ^{-6}到接近1个太阳质量的模型，并分析了模型吸积气体时的爆发性质。我们表明，所有的模型将经历热核I型X射线爆发在适当的质量吸积率。由于没有I型爆发的报道，从黑洞候选者，模型被排除在外。因此，加强了在X射线双星中识别黑洞候选者为真正的黑洞的情况。
2004-01-26 astro-ph gr-qc
Probing Boson Stars with Extreme Mass Ratio Inspirals
我们提出利用由玻色子星和星系中心的超大质量黑洞组成的极端质量比螺旋（EMRI）的引力波作为寻找玻色子星的一种新方法。来自电磁辐射研究所的引力波具有在未来天基干涉仪引力波探测器的频带内持续时间长的优点，并且对于非常亚太阳质量的玻色子星可以积累很大的信噪比。与LIGO波段内的玻色子双星的引力波相比，我们发现EMRI可以探测更大范围的玻色子星的质量和致密性，以及底层的粒子物理参数空间。我们把玻色子星的潮汐破裂考虑在内，并区分那些在最内稳定圆轨道（ISCO）之前溶解的玻色子星和那些在ISCO之后溶解的玻色子星。由于记录了大量的周期，EMRI可以导致非常精确的玻色子星的质量测定，并在信号的情况下将其与标准的天体物理致密天体区分开来。潮汐效应在吸气双星系统，以及可能的相关电磁信号，也可以作为潜在的判别。
2019-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Evaporating black holes: constraints on anomalous emission mechanisms
天体物理学黑洞的霍金辐射是微小的，被认为是不可观测的。然而，不同的机制可能会导致异常高的发射率：额外的维度，新的玻色子或费米子的“暗”家族，或者更低的基本普朗克尺度。黑洞通过质量损失向宇宙释放引力波吗？在这里，我们表明，黑洞双星的形成和引力波的随机背景的情况下，可以限制发射率$|\dot{M}|\lesssim 10^{-15}M_{\odot}/{\rm yr}$，7个数量级更严格的界限从可分辨的inspiralling二进制。
2021-12-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Common Envelope Evolution of Ultralight Boson Clouds
International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific, University of Chinese Academy of Sciences（国际理论物理中心亚太分中心，中国科学院大学）；Department of Astronomy, Tsinghua University（清华大学天文系）；Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe (Beijing/Hangzhou), University of Chinese Academy of Sciences（太极引力波宇宙实验室（北京/杭州），中国科学院大学）
研究超轻玻色子云在双黑洞系统中的共同包层演化，揭示其对轨道偏心率增长的影响
2026-02-04 astro-ph.HE gr-qc
The multipolar structure of rotating boson stars
相对论多极矩是描述致密天体周围引力场的一个重要因素。它们在描述合并双星系统的轨道演化方面发挥着至关重要的作用，并编码了关于双星组成部分性质的宝贵信息，这在它们的引力波发射中留下了可测量的印记。我们提出了一个新的研究一类任意自旋玻色子星的多极结构与四次自相互作用的大耦合极限，这些解决方案预计是稳定的。我们的结果加强和扩展以前的数值分析，表明即使是最紧凑的配置的多极结构偏离显着的克尔黑洞。我们提供了准确的数据多极矩作为对象的质量和自旋的函数，它可以直接用于构建inspiral波形近似和执行参数估计和搜索玻色子星双星。
2022-03-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Smooth binary evolution from wide resonances in boson clouds
本文针对黑洞周围超轻标量云中的宽共振提出有效处理方法，并证明累积高能弱共振会平滑双星演化中的尖锐特征，强调波形建模需仔细纳入共振。
2025-09-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Survival of the Fittest: Testing Superradiance Termination with Simulated Binary Black Hole Statistics
本研究利用SEVN模拟的约10^7个银河系黑洞双星样本，首次分析超辐射终止效应，发现l=m=1模式稳定而l=m=2模式在低质量下存活率低于10%，幸存云具有更高增长率与可探测性。
2025-02-28 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Hidden-Sector Spectroscopy with Gravitational Waves from Binary Neutron Stars
我们表明，中子星双星可以是理想的实验室，以探测隐藏的部门与远程部队。特别是，像LIGO和Virgo这样的引力波探测器有可能解决与中子星耦合的超轻暗规范玻色子的波形校正。我们观察到，隐藏扇区的相互作用影响的引力波的频率和振幅的方式，不能用纯引力拟合。
2018-05-03 gr-qc hep-ph hep-th
Exploring Black Hole Environments
本论文系统研究等离子体、暗物质结构和超轻玻色子云等天体物理环境对黑洞引力波信号的影响，建立自洽微扰框架并应用于铃宕、旋近及活动星系核盘穿越等场景，为未来引力波探测器检验新物理提供理论依据。
2025-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On the Nonlinear Stability of Asymptotically Anti-de Sitter Solutions
尽管最近的证据表明，反德西特时空是非线性不稳定的，我们认为，许多渐近反德西特解决方案是非线性稳定的。这包括真子、玻色子和黑洞。作为我们论证的一部分，我们计算了不同维度下AdS黑洞的长寿命引力准正规模的频率。我们还讨论了一类新的渐近反德西特解决方案描述noncoalescing黑洞二进制。
2012-08-28 gr-qc hep-th
Probing the quantum nature of black holes with ultra-light boson environments
该研究提出用超轻玻色子探测黑洞量子特性，推导了相关吸积率与动力学摩擦解析表达式，发现LISA或可通过吸积率差异区分量子与经典黑洞。
2024-11-04 gr-qc hep-th
Ultralight Bosons Explain the Mass-Spin Correlations in the Merging Binary Black Hole Population
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院）；School of Physics, Anhui University（安徽大学物理学院）
本研究提出基于超辐射的自旋分布模型，结合GWTCs引力波数据，发现质量约10^-12 eV的标量玻色子可解释双黑洞质量-自旋关联，贝叶斯因子达ln B≈7.8，为超轻玻色子存在提供支持。
2026-09-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stirred and shaken: dynamical behavior of boson stars and dark matter cores
玻色子场可以产生自引力结构。这些都是有趣的假设新的“暗物质星”和良好的描述暗物质晕，如果领域是非常轻的。本文研究了牛顿玻色子星（NBS）在其周围的外部物质（恒星、行星或黑洞）激发下的动力学响应。我们的设置可以描述大质量黑洞和周围环境之间的相互作用，在大质量物体经历了“踢”之后不久，由于银河系中心的重子物质的坍缩，或者暗物质耗尽作为对螺旋双星的反应。我们执行的第一个自洽计算的动力学摩擦作用在这些背景下的运动物体。二进制接近合并“搅拌”的NBS核心，和逆反应影响引力波形在领先的$-6PN$顺序相对于占主导地位的四极项;系数太小，允许检测下一代干涉仪。我们还表明，引力坍缩到一个超大质量黑洞在中心的NBS是伴随着只有一个小的变化，在周围的核心。NBS最终会被吸积，但对于天体物理参数来说，这只会发生在几个哈勃时间之后。
2020-11-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Multiband gravitational-wave searches for ultralight bosons
引力波可能是由超轻玻色子产生的少数直接观测值之一，超轻玻色子是受约束的暗物质候选者，可能是粒子理论、高能物理学和宇宙学中几个问题的关键。这些类轴子粒子可以自发地在天体物理学黑洞周围形成“云”，导致连续引力波的强发射，可以被地面和太空中的仪器检测到。尽管已经对这种情况进行了彻底的研究，但尚未认识到这两种类型的检测器可以串联使用（称为“多带”的实践）。在本文中，我们表明，未来的引力波探测器在地面和空间将能够一起工作，以检测质量为$25 \lesssim μ/\left(10^{-15}\, \mathrm{eV}\right)\lesssim 500$的超轻玻色子。在探测双星黑洞吸入时，LISA空间任务将提供关键信息，使未来的地面探测器，如宇宙探测器或爱因斯坦望远镜，能够搜索观测到的双星中单个黑洞周围玻色子云的信号。我们制定了检测策略，并专注于标量玻色子，图表合适的参数空间。我们研究了对系统历史的无知的影响，包括云的年龄和黑洞旋转。我们还考虑了潮汐共振，可能会破坏玻色子云之前，其引力信号变得可检测的地面后续行动。最后，我们将展示如何考虑所有这些因素，以及LISA测量中的不确定性，以获得玻色子质量的限制，从地面观测LISA促进。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Superradiant clouds may be relevant for close compact object binaries
本研究指出共同包层演化可使致密双星快速靠近至约0.01 AU，抑制能级混合导致的超辐射云耗散，并给出云在进入LISA频段时仍存在的扩大参数区间。
2024-07-26 astro-ph.HE gr-qc
Directed searches for gravitational waves from ultralight bosons
引力波探测器可以搜寻尚未发现的超轻玻色子，包括那些被用来解决粒子物理学、高能理论和宇宙学问题的玻色子。地面仪器可以探测$10^{-15}$ eV到$10^{-11}$ eV之间的玻色子质量，这在很大程度上是其他实验无法达到的。本文探讨了寻找已知黑洞周围玻色子云产生的连续引力波的前景。我们仔细研究了预测的波形，并使用最新的数值结果来模拟不同黑洞和玻色子参数的信号。然后，我们证明了一个特定的方法（隐马尔可夫模型跟踪），有效地搜索这样的信号，即使当源参数不完全知道，并允许在理论预测的一些不确定性的适用性。我们实证研究这种方法的灵敏度和计算成本的背景下，玻色子信号，发现这将是可能的目标残留物从紧凑的二进制合并本地化至少有三个工具。对于来自标量云的信号，我们还计算了未来探测器（高级LIGO，LIGO旅行者，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜）的探测范围。在其他结果中，我们发现，经过一年的观察，先进的LIGO探测器在设计灵敏度可以检测到这些源高达100 Mpc以上，而宇宙探测器可以达到超过$10^4$ Mpc。这些预测提供了一个更完整的图片比以前的估计的基础上分析近似的信号功率或理想化的搜索策略。最后，我们讨论了具体的影响，后续的紧凑的二元合并和黑洞的x射线双星。在此过程中，我们回顾了黑洞周围玻色子的基本物理，希望在理论和数据分析文献之间提供一个桥梁。
2019-05-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Ultralight boson cloud depletion in binary systems
超轻标量可以通过超辐射不稳定性从天体物理学的黑洞中提取旋转能量，形成宏观玻色子云。当玻色子的康普顿波长与黑洞视界的大小相当时，即当“引力精细结构常数”$α\equiv G μM/\hbar c\sim 1$。如果黑洞/云系统是一个双星系统，来自伴星的潮汐扰动可以在云的能级之间产生共振跃迁，消耗的量取决于跃迁的性质和双星的参数。以前的云消耗估计考虑了圆轨道上的双星，并进行了近似$α\ll 1$。在这里，我们使用黑洞微扰理论计算不稳定率和衰减宽度的通用值$α$，我们表明，这导致更大的云耗尽估计时，$α\gtrsim 0.1$。我们还研究了偏心双星轨道。我们表明，在这种情况下，共振可以发生在轨道频率的所有谐波，显着扩展的频率范围，云耗尽可以观察到的引力波干涉仪。
2019-05-16 gr-qc
Signatures of ultralight bosons in the orbital eccentricity of binary black holes
本研究发现双黑洞周围的超轻玻色子云会在轨道偏心率上留下可观测特征，特定质量区间的新粒子可通过未来引力波探测器的偏心率测量验证，为超轻玻色子探测提供了新途径。
2024-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Distinguishing Boson Stars from Black Holes and Neutron Stars from Tidal Interactions in Inspiraling Binary Systems
包含玻色子星的双星系统-一个复杂标量场的自引力结构-可以潜在地模拟黑洞或中子星作为引力波源。我们调查在何种程度上潮汐效应的引力波信号可以用来区分这些标准源和玻色子星。我们考虑两类标量自相互作用内的球对称玻色子星：一个有效场理论激发的四次势和一个孤立子势，构造产生非常紧凑的恒星。我们计算的潮汐变形性参数表征占主导地位的潮汐印记的引力波信号的参数空间的每个玻色子星模型的大跨度。我们发现，具有四次自相互作用的玻色子星的潮汐变形能力的下限为$Λ_{\rm min}\approx 280$，而具有孤立子相互作用的玻色子星的潮汐变形能力的下限为$Λ_{\rm min}\approx 1.3$。采用Fisher矩阵分析，我们估计的精度与先进的LIGO和第三代探测器可以测量这些潮汐参数使用的inspiral部分的信号。我们讨论了一种新的策略，以提高黑洞/中子星和玻色子星之间的可分辨性相结合的变形测量的每一个紧凑的对象在一个二元系统，从而消除在每个玻色子星模型的标度模糊性。我们的分析表明，当前一代的探测器可以潜在地区分具有四次势的玻色子星与黑洞，以及中子星双星，如果它们具有大的总质量或大的质量比。在螺旋过程中仅使用潮汐效应来区分孤立玻色子星和黑洞将是困难的，但是第三代探测器应该能够区分二元黑洞和这些二元玻色子星。
2017-04-27 gr-qc
Probing ultralight bosons with LISA observations of spinning black hole mergers and follow-up searches of merger remnants
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））
本研究基于LISA观测大质量黑洞双体并合及后续遗迹搜索，通过黑洞自旋测量和引力波搜索，预测了标量与矢量超轻玻色子的质量限制及探测概率，为超轻玻色子的探测提供了前景。
2026-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational Waves from Superradiant Cloud Level Transition
International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific, University of Chinese Academy of Sciences（国际理论物理中心亚太分部，中国科学院大学）；Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe (Beijing/Hangzhou), University of Chinese Academy of Sciences（太极引力波宇宙实验室（北京/杭州），中国科学院大学）
研究双星系统中黑洞周围的超轻玻色子云在共振能级跃迁时发射的引力波，预测未来探测器（如BBO）对质量约10^{-12} eV的标量场在恒星级黑洞双星中产生的约0.1 Hz引力波的探测能力，但事件率极低。
2026-06-26 gr-qc
Inspirals into bosonic dark matter stars and chirp mimickers
Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal do Maranhão（马拉尼昂联邦大学物理研究生项目）；Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）；CBPF - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas（巴西物理研究中心）；Gravitation Astroparticle Physics Amsterdam (GRAPPA), University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学引力天体粒子物理学（GRAPPA））；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所引力中心）；CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高等理工学院物理系CENTRA）
研究了玻色星作为引力波啁啾模仿者的能力，通过动态摩擦耗散诱导类似双黑洞的引力波信号，为未来空间探测器提供区分信号的依据。
2026-09-17 gr-qc
Dynamical Friction in Gravitational Atoms
本文研究了引力原子对双星系统的动力学效应，发现玻色子云可显著增加致密天体俘获截面，其电离反作用表现为动力学摩擦，且会迅速使偏心双星圆化但几乎不影响倾角。
2024-11-15 gr-qc hep-ph hep-th
The Gravity of Classical Fields: And Its Effect on the Dynamics of Gravitational Systems
经典场在理论物理中无处不在。它们几乎在物理学的所有领域都有应用，从凝聚态和粒子物理学到宇宙学和天体物理学。特别是，标量场可以产生受限结构，如玻色子星、量子或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了暗物质核心时，领域是超轻的。在这篇论文中，我们研究了这种受限的玻色子结构在被其附近的外部物质（恒星、行星或黑洞）激发时的动力学响应。这样的扰动器可以穿透玻色子配置或在其中心经历周期性运动（例如，二进制文件）。我们的设置也可以有效地描述一个移动的大质量黑洞和周围环境之间的相互作用。它还描述了暗物质耗尽是对暗物质核心内螺旋双星的反应。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们可能生活的超轻暗物质核心环境之间相互作用的完整画面。本论文还讨论了几种经典的场环境效应对致密物体（如黑洞）运动（或最终生存）的影响。
2021-10-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
