Gravitational background from dynamical binaries and detectability with 2G detectors
我们研究了年轻星系团对致密双星合并产生的引力波背景的影响。我们模拟了一个目录的来源，从人口I/II孤立的双星和恒星出生在年轻的集群，对应于一年的观测与第二代（2G）探测器。考虑到动力学双星和恒星形成参数的分数的不确定性，我们发现，背景是占主导地位的人口的双黑洞，我们得到的$Ω_{gw}(25 \rm{Hz}) = 1.2^{+1.38}_{-0.65} \times 10^{-9}$的能量密度的值，与实际上限来自LIGO-室女座的最新观测运行。我们证明，大量的来源在一个特定的校正质量范围内收益率在背景中的颠簸。这种背景可以通过2G探测器网络用8年的重合数据探测到。
2022-05-20 astro-ph.CO gr-qc
On the Rate of Detectability of Intermediate-Mass Black-Hole Binaries using LISA
我们估计的速度，拟议的空间引力波干涉仪LISA可以检测中等质量的黑洞的二进制文件，也就是说，二进制文件包含一个黑洞在质量范围10 - 100 Msun的轨道在质量范围100 - 1000 Msun的黑洞。对于一年的积分导致最内的稳定轨道，和一个信噪比为10，我们估计只有百万分之一的检测率为10 Msun/100 Msun二进制。该估计使用通过匹配滤波进行参数估计的方法，结合了由LISA科学小组建立的LISA噪声曲线（可在线获得），并采用了Miller（2002）使用的IMBH形成速率模型。我们发现，可探测距离对LISA臂长或加速度噪声相对不敏感，但与LISA位置误差大致成反比，并且大致随T^（1/2）变化，其中T是以年为单位的积分时间。我们还表明，虽然在这个质量范围内的所有IMBH系统可以检测到的室女星系团合并前40年，没有可以检测到有早于合并前400年。一个扩展的LISA任务，使10年的整合可以检测IMBH系统在室女星系团星系团合并前1000年，并在银河系球状星团合并前100万年的系统。我们将这些估计与Miller（2002）的早期估计进行比较和对比。
2004-05-05 astro-ph gr-qc
Dynamical tides in coalescing superfluid neutron star binaries with hyperon cores and their detectability with third generation gravitational-wave detectors
合并中的中子星双星中的动力学潮汐在轨道扫过与单个g模的共振时引起引力波形的相移。与平衡潮汐引起的相移不同，动力潮汐引起的相移对地核的分层、成分和超流状态很敏感。我们扩展了我们以前的研究动力学潮超流中子星的核心超子允许。超子梯度产生了一种新型的复合g模。与由μ子-电子梯度引起的g模相比，由超子梯度引起的g模在核心中集中得更深，因此探测更高密度的区域。我们发现，由于共振激发的超声波模式的相移是~ 10^{-3} rad，一个数量级小于由于μ子模式。我们表明，通过叠加事件，第三代引力波探测器应该能够检测到由于μ子模式的相移。然而，由于超声波模式的强度较小，很难探测到。
2017-06-28 astro-ph.HE gr-qc
Detectability and parameter estimation of stellar origin black hole binaries with next generation gravitational wave detectors
我们考虑恒星起源的黑洞双星，这是下一代引力波（GW）探测器，如爱因斯坦望远镜（ET）和宇宙探测器（CE）的主要天体物理源。使用人口模型校准与最新的LIGO/处女座的结果从O3 b运行，我们表明，ET和CE将能够检测成千上万的这样的源（和几乎所有的那些存在于我们过去的光锥高达$z\lesssim 0.7$ ET和$z\lesssim 1$ CE）与信噪比高达几百，无论探测器的设计。当涉及到参数估计时，我们使用Fisher矩阵分析来评估设计对内部和外部参数估计的影响。我们发现，CE检测器，由两个不同的$L-$形状的干涉仪，具有更好的天空定位性能相比，ET在其三角形配置。我们还发现，该网络通常能够测量啁啾质量，对称质量比和自旋的二进制在$10^{-5}$，$10^{-4}$和$10^{-4}$分数误差的顺序分别。而对于天空定位、光度距离和倾角，外参数的分数阶误差为$10^{-2}$。
2022-11-17 astro-ph.CO gr-qc
The possible existence of Pop III NS-BH binary and its detectability
在对Pop III星的星族合成模拟中，形成了许多合并时间小于宇宙年龄$(τ_{\rm H})$的BH（黑洞）-BH双星，而没有形成NS（中子星）-BH双星。原因是Pop III星没有金属，所以预计不会有质量损失。然后，在最后一次超新星爆炸到NS的过程中，大量的质量丢失，使得半长轴变得太大，以至于Pop III NS-BH双星无法在$τ_{\rm H}$中合并。然而，根据对脉冲星自行的观测，几乎可以确定NS存在$200-500{\rm~ km~s^{-1}}$量级的反冲速度。因此，NS-BH双星的一半的半长轴可以小于之前关于Pop III NS-BH双星的参数，以减少合并时间。我们对Pop III NS-BH双星进行了包含NS反冲的总体合成蒙特卡罗模拟，发现Pop III NS-BH合并的事件率为$\sim 1 {\rm Gpc^{-3} yr^{-1}}$。这表明，从今年秋天开始，在Advanced LIGO和Advanced Virgo的O2中有很好的机会检测到Pop III NS-BH合并。
2016-10-02 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Detectability of Intermediate-Mass Black Holes in Multiband Gravitational Wave Astronomy
对引力波的直接测量是测量宇宙中黑洞数量的有力工具。来自LIGO的第一个引力波目录已经探测到与$\sim50~M_\odot$一样重的黑洞，它们在我们的宇宙大约是目前年龄的一半时发生碰撞。然而，还没有明确的证据表明黑洞存在于$10^{2-5}~M_\odot$的中等质量范围内。最近的电磁观测暗示了IMBH在局部宇宙中的存在;然而，它们的质量受到很大的限制。IMBH的可能形成机制也不清楚。在这里，我们提出的情况下，多波段引力波天文学-具体来说，联合观测空间和地面的引力波探测器-将能够调查广泛的人口在宇宙学距离的IMBH。通过利用广义相对论模拟合并黑洞和国家的最先进的引力波形模型，我们分类三个不同的人口与IMBH的二进制文件在多波段时代，并讨论可以观察到的每一个。我们的研究表明，多波段观测包括升级的LIGO探测器和拟议的空间任务LISA将检测到IMBH双星的螺旋，合并和衰荡到红移~2。假设下一代探测器，爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，在LISA的任务寿命期间运行，我们应该有多波段探测到红移~5的IMBH双星。为了便于对多波段IMBH源的研究，本文研究了IMBH双星的多波段可探测性。我们提供了解析关系的最大红移的多波段可探测性，作为黑洞质量的函数，为各种检测器的组合。我们的研究为未来在多波段引力波天文学时代从IMBH观测中可以学到什么铺平了道路。
2019-08-14 astro-ph.HE gr-qc
Detectability of gravitational waves from binary black holes: Impact of precession and higher modes
目前用于寻找二元黑洞的引力波模板忽略了轨道平面和高阶模的进动效应。虽然这一遗漏似乎不影响检测源的质量比和自旋类似的GW 150914，即使总质量$M > 200M_{\odot}$，我们表明，它可以导致大的分数损失的敏感体积的二进制与质量比$q \geq 4$和$M>100M_{\odot}$，测量的检测器帧。对于最高的旋进情况，即使源面对探测器，也是如此。定量地，我们表明，上述遗漏可能导致部分损失的敏感体积的$\sim15\%$，达到$>25\%$的最坏情况下研究。损失估计是通过评估SEOBNRv 2-ROM双自旋模型的有效性，目前使用的双黑洞搜索，对引力波信号从进动的二进制计算的数值相对论。我们的结论是，与$q \geq 4$源，一个可靠的搜索比$M>100M_\odot$重的二元黑洞需要考虑高阶模式和进动的影响。当Advanced LIGO达到其设计灵敏度时，后者似乎特别必要。
2017-11-07 gr-qc
Gravitational-wave detectability of equal-mass black-hole binaries with aligned spins
双黑洞系统的自旋对齐或反对齐的轨道角动量提供了自然的基础，开始详细研究的影响，强场自旋效应的引力波观测的合并双星。此外，这样的系统可能是一般超大质量双黑洞系统的螺旋的优选终态。有鉴于此，我们计算了一个大的等质量黑洞的自旋平行于轨道角动量，但在其他任意的二元系统的螺旋和合并。我们的注意力特别集中在引力波发射上，以便量化自旋效应对信噪比、视界距离以及质量和探测器的代表性范围的相对事件率的贡献。正如预期的那样，信噪比随着总黑洞自旋在轨道动量方向上的投影而增加。我们发现，与轨道角动量对齐的最大自旋的等自旋双星是“三倍以上的响亮”的反对齐自旋的相应的二进制文件，从而对应的事件率高达30倍。我们还考虑了不同自旋组态之间的波形失配，发现在我们的数值精度范围内，自旋相反的双星S_1=-S_2不能区分，而自旋为S_1=S_2的双星有明显不同的引力波发射。最后，我们导出了一个简单的引力波辐射能量的表达式，发现双星的辐射效率E_rad/M > 3.6%，当双星自旋与轨道角动量一致时，辐射效率E_rad/M可达10%.
2010-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detectability and parameter estimation of GWTC-3 events with LISA
对合并的恒星质量黑洞双星的多波段观测可以提供关于这些来源的形成和对广义相对论的潜在偏离的有价值的信息。其中一些双星可能首先被空间探测器LISA探测到，然后在几年后被地面探测器观测到。由于天体物理模型的不确定性很大，很难预测LISA可以观测到的此类双星的数量。在这项工作中，我们评估的LISA的能力，以检测由LIGO/Virgo/KAGRA合作发布的第三目录的引力波源的事件。我们认为，直接检测源与LISA和LISA数据流中进行档案搜索的可能性，事件后，已观察到地面探测器。我们还评估了LISA可以在多大程度上改善源参数的确定。我们发现不能保证检测到GW 150914以外的任何事件。然而，如果任何事件被LISA探测到，即使具有非常低的信噪比，通过结合LISA和地基探测器的观测，源参数的测量将得到改善，特别是对于啁啾质量。
2022-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Ringdown Signatures of Dehnen Dark Matter Halos: Fluid Modes and Detectability with Space-Based Detectors
Center for Gravitational Wave Experiment, National Microgravity Laboratory, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所微重力国家实验室引力波实验中心）
本文研究了利用超大质量黑洞浸没在暗物质晕中的环形衰变波形提取黑洞内在参数和周围物质分布参数的可能性，通过构建不同德亨型暗物质分布的数值波形，并转换为未来空间引力波探测器的现实数据流，探讨了暗物质对引力波信号的影响及可检测性。
2026-05-18 gr-qc
Survey of gravitational wave memory in intermediate mass ratio binaries
本文针对中等质量比旋近系统的引力波记忆效应开展综合分析，结合黑洞微扰理论计算位移与自旋记忆，探究其对质量比、自旋等参数的依赖及探测前景，发现层级并合形成的大质量系统或为记忆探测的重要候选源。
2023-07-24 gr-qc
Alternative LISA-TAIJI networks: detectability of the isotropic stochastic gravitational wave background
在以前的工作[1]中，已经提出了三种TAIJI轨道部署来组成替代的LISA-TAIJI网络，TAIJim（通过$20^\circ$和相对于黄道平面倾斜的$-60^\circ$引导地球），TAIJip（通过$20^\circ$引导地球和倾斜的$+60^\circ$），相对于LISA任务（通过$20^\circ$和倾斜的$+60^\circ$跟踪地球）的TAIJic（与LISA共定位和共面）。LISA-TAIJIM网络被认为是最有能力观测大质量黑洞双星的结构。在这项工作中，我们研究了三个网络的性能随机引力波背景（SGWB），特别是两个合格的配置，LISA-TAIJIm和LISA-TAIJIp的比较。这项调查表明，检测能力的LISA-TAIJIm与LISA-TAIJIp网络的一些特定的SGWB光谱形状是有竞争力的。LISA-TAIJim通过确定信号的参数来分离SGWB分量的能力也与LISA-TAIJip相同。综合考虑SGWB和大质量黑洞双星观测的性能，TAIJIM可以被认为是实现与LISA联合观测的最佳选择。
2021-11-08 gr-qc
Gravitational Wave Signatures of Highly Compact Boson Star Binaries
孤立玻色子星是由复杂标量场组成的稳定物体，其紧凑性可以达到与中子星相当的值。最近一项关于相同玻色子星碰撞的研究只产生了非旋转玻色子星或黑洞，这表明旋转玻色子星可能不是由双星合并形成的。在这里，我们扩展这项研究，包括分析的引力波辐射在这样一个二进制的合并，这是至关重要的区别于其他二进制与LIGO和处女座观测这些事件。我们的研究表明，残骸的引力波信号主要由其基频决定，因为它沉降到一个非旋转的玻色子星，在合并后的状态下发出显著的引力辐射。我们计算波形和合并后的频率如何依赖于初始玻色子星的紧凑性，并分析估计合并后辐射的能量。
2017-10-25 gr-qc
Signatures from metastable oppositely-charged black hole binaries in scalar Gauss-Bonnet gravity
针对标量-高斯-博内引力中的旋近相反电荷黑洞，研究发现黑洞可突发标量电荷符号翻转，伴随标量辐射通道切换与轨道偏心率引入，为引力检验提供新的非线性偏离广义相对论的观测线索。
2025-05-20 gr-qc
Assessing EMRI Detectability of the Rotating Quantum Oppenheimer-Snyder Black Hole
Center for Gravitation and Cosmology, College of Physical Science and Technology, Yangzhou University（扬州大学物理科学与技术学院引力与宇宙学中心）；Department of Physics, Shanghai University（上海大学物理系）
本文通过自洽演化计算引力波退相，研究量子引力对EMRI的影响，发现量子效应在LISA上可探测，但旋转会抑制这些信号。
2026-04-25 gr-qc
Detectability and Parameter Estimation for Einstein Telescope Configurations with GWJulia
Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；INFN Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；LUTH, UMR 8102 CNRS, Observatoire de Paris, PSL Research University, Université Paris Diderot（巴黎天文台理论天体物理学实验室）；Instituto de Estructura de la Materia (IEM), CSIC（西班牙高等科学研究理事会物质结构研究所）；CERN, Theoretical Physics Department（欧洲核子研究中心理论物理部）；Università di Pisa（比萨大学）；INFN, Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）
本文提出开源代码GWJulia，利用Fisher信息矩阵快速评估不同爱因斯坦望远镜配置对致密双星并合参数估计的影响，并比较了三角形与L形探测器设计。
2026-06-25 astro-ph.CO gr-qc
Observing complete gravitational wave signals from dynamical capture binaries
我们评估了高偏心致密双星的引力波信号的可探测性。我们使用一个简单的模型来描述这些系统的螺旋、合并和振铃。该模型是基于映射的二进制到一个有效的单黑洞系统所描述的克尔度规，从而包括某些相对论效应，如变焦旋转型行为。由此产生的测地线源四极辐射，反过来，在其耗散效应下演变。在光环，我们附加一个合并模型，以前开发的准圆形合并，但也表现良好的偏心合并，几乎没有修改。我们应用这个模型来确定这些源的初始，增强，和先进的LIGO在整个参数空间的nonspinning近距离捕获紧凑型二进制的可探测性。我们的结论是，如果这些系统存在于自然界中，绝大多数将错过传统的突发搜索或准圆形波形模板在先进的检测器时代。必须开发其他方法，例如偏心模板，或者更实际的是堆叠过剩功率搜索，以避免丢失这些来源。这些系统在最初的LIGO数据分析中也经常被遗漏。因此，以前的零符合结果与检测到的伽马射线暴不能排除的可能性，符合引力波信号从偏心双星。
2013-02-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detectability of QCD phase transitions in binary neutron star mergers: Bayesian inference with the next generation gravitational wave detectors
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)（高级国际研究学院）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）
研究利用贝叶斯推断探讨下一代引力波探测器在二元中子星并合中探测QCD相变的可行性，表明在低信噪比下可区分相变引起的峰值频率差异。
2023-10-09 astro-ph.HE gr-qc
Proposal for Determining the Total Masses of Eccentric Binaries Using Signature of Periastron Advance in Gravitational Waves
本文提出了一种由引力波确定低频偏心双星（如轨道频率为$f\gsim 10^{-3}$ Hz的中子星双星）总质量的新方法。该方法利用了近星点推进引起的频移，即使在辐射反应引起的啁啾信号难以测量的低频段也能工作。结果表明，在运行周期为$\sim 10$年的情况下，利用LISA可以精确地测量几个银河系中子星双星的总质量（误差在百分之几以内）。
2001-11-29 astro-ph gr-qc
Evaluating the gravitational wave detectability of globular clusters and the Magellanic Clouds for LISA
本研究使用BPASS和LEGWORK模拟麦哲伦云及球状星团的致密双星群体，发现麦哲伦云各有少量LISA可探测源、球状星团不足一个，且因恒星演化代码差异，预测数量远低于早期研究，揭示代码处理差异对探测性的关键影响。
2024-09-13 astro-ph.GA gr-qc
Distinguishing types of compact-object binaries using the gravitational-wave signatures of their mergers
我们分析了合并的二进制中子星，中子星黑洞双星，和二进制黑洞，其引力波签名的人口的可测量性预计将被观察到的先进网络的地面干涉仪LIGO和处女座。我们认为人口合成预测合理合并二进制分布在质量空间，随着测量精度估计的主要引力波参数估计管道。我们发现，对于我们的模型致密天体双星质量分布，我们总是可以区分二进制中子星和黑洞-中子星双星，但不一定是黑洞-中子星双星和二进制黑洞;然而，几十个检测，我们可以准确地识别三个子群，并测量各自的速率。
2015-05-04 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Detectability of double white dwarfs in the Local Group with LISA
分离双白矮星（DWD）双星是激光干涉仪空间天线（LISA）的主要科学案例之一。作为数量最多的LISA源，它们将为理解双星演化、Ia型超新星（SNIa）形成通道和银河系结构做出重要贡献。到目前为止，只计算了银河系的探测前景。在这封信中，我们表明，LISA有可能在邻近星系的本星系群的边界检测DWD。特别是，我们计算定量估计的数量检测M31。我们预计在4到10 $\,$年的任务持续时间内，会有十几到几十个DWD高于标称检测阈值。我们发现，银河系外DWDs检测LISA是那些具有最短的轨道周期和最高的啁啾质量，这是候选人SNIA祖，几乎无法检测到在这些距离的光学。这意味着LISA将是唯一能够提供整个本地集团SNIa合并率的工具。
2018-08-17 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave signatures of phase transition from hadronic to quark matter in isolated neutron stars and binaries
在高温和高密度下物质的基本组成已经吸引了物理学家很长一段时间。最近重离子对撞机的研究结果丰富了高温低重子密度下的量子色动力学相图。然而，在低温和有限（主要是中间）重子密度的阶段仍然没有探索。理论量子色动力学计算预言了在这样的密度下从强子物质到夸克物质的相变。目前，探测这种密度的最佳实验室位于中子星的核心。如何利用引力波探测孤立中子星和双星中的中子星的这种相变特征的最新结果。孤立的中子星将探测极低温区，而双星中的中子星将探测中温区的有限重子密度。我们还将讨论这种相变的引力波信号是否是唯一的，以及探测这种信号所需的探测器规格。
2022-12-01 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Stringent Constraints on Gravitational Wave Signatures of Dark Electromagnetism in Neutron Star Binaries
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Toronto（多伦多大学）
研究通过分析中子星双星系统中暗电磁现象的引力波特征，发现矢量力的排斥性质对隐藏扇区粒子的耦合施加了严格约束，表明当前引力波观测难以探测此类现象。
2025-12-12 gr-qc hep-ph
Environmental effects in stellar mass gravitational wave sources II: Enhanced detectability of phase shifts in eccentric sub-populations
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）；Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
研究发现偏心引力波信号特性增强了环境效应引起的引力波相移可探测性，通过特定公式提升信噪比，还探讨了对不同探测器中双星群体的影响，指出联合分析偏心和相移在当前目录中已具可行性。
2026-07-07 astro-ph.HE gr-qc
LEGWORK: A python package for computing the evolution and detectability of stellar-origin gravitational-wave sources with space-based detectors
我们介绍了LEGWORK（LISA Evolution and引力波Orbit Kit），这是一个开源的Python包，用于预测恒星起源的引力波源及其在LISA或其他天基引力波探测器中的可探测性。LEGWORK可用于演化引力波发射源的轨道，计算引力波应变（使用后牛顿近似），计算信噪比并将结果可视化。它可以应用于各种潜在的来源，包括由白矮星，中子星和黑洞组成的双星。虽然我们侧重于双紧凑型物体，但原则上LEGWORK可用于具有用户指定轨道演变的任何系统，例如受第三个物体或气体阻力影响的系统。我们优化了该软件包，使其能够有效地用于人口研究，其中可能包含数千万个来源。本文描述了该包，并提出了几个潜在的用例。我们详细解释了包背后的表达式的推导，以及确定和澄清目前在文献中存在的一些差异。我们希望，LEGWORK将使和加速未来的研究所引发的迅速增长的兴趣在引力波源。
2022-08-04 astro-ph.HE gr-qc
Detectability of bigravity with graviton oscillations using gravitational wave observations
无幽灵双引力理论中的引力波形与广义相对论中的引力波形有偏差。主要的区别是由双引力理论中的引力子振荡引起的。我们探讨了引力子振荡引起的引力波波形修正的探测前景以及利用引力波观测约束双引力参数的前景。我们考虑的双引力模型讨论的De Felice-Nakamura-Tanaka子集的双引力模型，和唯象模型，其中的双引力参数被视为独立变量。在两种模型中，双重力波形都表现出很强的振幅调制，振幅的最大峰值可能存在一个特征频率，该频率取决于双重力参数。我们表明，有一个先进的地基激光干涉仪，如先进的LIGO，先进的处女座，和KAGRA的双重力参数的可检测区域。该区域对应于唯象模型中$μ\geq 10^{-17}~{\rm cm}^{-1}$对$\tilde{c}-1 \geq 10^{-19}$的有效引力子质量，而$μ\geq 10^{-16.5}~{\rm cm}^{-1}$对双引力模型的De Felice-Nakamura-Tanaka子集中的$κξ_c^2 \geq 10^{0.5}$的有效引力子质量，其中$\tilde{c}$是大质量引力子的传播速度，$κξ_c^2$对应于广义相对论中引力常数的修正。现有的太阳系测试并没有排除这些区域。我们还表明，在$1.4-1.4M_{\rm sun}$二进制的情况下，在$200~{\rm Mpc}$的距离，$\logμ^2$确定与${\cal O}$（…
2015-04-01 astro-ph.CO gr-qc
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
Cosmological prospects for multiband detection of intermediate-mass binary black holes with Taiji and ground-based detectors
Northeastern University（东北大学）
本文研究了太极与地面探测器联合探测中间质量双黑洞的可行性，发现多波段观测能显著提高哈勃常数的约束精度，并增强其作为精密宇宙学探针的作用。
2026-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dynamical formation signatures of black hole binaries in the first detected mergers by LIGO
恒星质量黑洞-黑洞双星的动力学形成一直是激光干涉引力波天文台（LIGO）的一个有希望的引力波源。质量分离、引力聚焦和多体动力学相互作用自然地增加了致密恒星系统中质量最大的黑洞之间的相互作用速率，最终导致它们合并。我们发现，动力学相互作用，特别是三体双星的形成，提高合并率的黑洞双星的总质量M_tot大致为~M_tot^beta，β>~ 4。我们发现，这种关系大多独立于初始质量函数，但确切的值取决于质量分离的程度。这种大质量黑洞双星的探测率只有通过LIGO对M_tot <~ 80太阳质量的大质量黑洞双星的更高灵敏度才能进一步提高。我们发现，对于幂律BH质量函数dN/dM ~ M^-α，α <~ 2，LIGO最有可能探测到质量是最大初始黑洞质量两倍且质量比接近1的黑洞双星。星团内黑洞的重复合并导致大约5%的合并被观察到是最大初始黑洞质量的2到3倍。利用这些关系，人们可以将观测到的分布反演为初始质量函数，并多次探测到合并的黑洞双星。
2016-06-29 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Observational signatures of neutron stars in low-mass X-ray binaries climbing a stability peak
在Gusakov、Chugunov和Kantor（2014）最近的论文中，提出了一种描述低质量X射线双星中快速旋转中子星演化的新方案。这种情况解释了在某些特定的恒星内部温度（“共振温度”）下，正常r模与超流惯性模的共振相互作用。这种相互作用的结果在增强阻尼的r模式和外观的“稳定性峰”的温度-自旋频率平面，分裂的r-模式的不稳定性窗口附近的共振温度。这种情况表明，热的和快速旋转的NS花费了它们生命中的大部分时间爬上这些山峰，特别是现在在那里被观察到。我们详细分析了这一建议可能的观测签名。特别是，我们表明，这些对象可能会表现出“反毛刺”-突然频率跳跃的时间尺度上的小时，月。
2015-12-09 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Stochastic gravitational wave background from accreting primordial black hole binaries during early inspiral stage
本文研究了早期宇宙中原始黑洞双星在其早期螺旋阶段吸积周围高密度辐射时产生的随机引力波背景。我们首先证明了由于原始黑洞质量的快速增加，从原始黑洞双星产生的引力波振幅具有修正项。这些修正项是由于质量的一阶和二阶时间导数的非零以及它们对四极矩张量的整体二阶时间导数的贡献而产生的。我们发现，这些修正项中的一些项不仅与主项相比是重要的，而且在早期宇宙的某些时间范围内甚至占主导地位。这些修正项的意义不仅在于单个PBH双星产生的引力波振幅，而且还在于它们产生的整个随机引力波背景。我们表明，这种吸积的原始黑洞双星产生的谱密度位于一些目前和未来的引力波探测器的可探测范围内。
2019-11-18 astro-ph.CO gr-qc
An Electromagnetic Signature of Galactic Black Hole Binaries That Enter Their Gravitational-Wave Induced Inspiral
富含气体的星系合并会导致黑洞双星，由于周围气体的动力学摩擦而合并。一旦双星的史瓦西半径小于10^3，它的合并就由引力波（GW）的发射驱动。我们发现，这种转变一般发生在轨道周期约1-10年，轨道速度V为几千公里/秒，与气体的供应率非常弱的依赖性（V成比例的Mdot^{1/8}）。因此，当双星进入它们的GW主导的螺旋时，它们不可避免地在任何相关类星体的宽发射线中引起大的周期性偏移。由于它们的寿命要短得多，在更紧密的结构中找到一个双星的概率为V^{-8}。在数月至数十年的时间尺度上对类星体的宽发射线进行系统监测，可以为LISA的GW源的预期速率设定下限。
2009-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detectability of the cross-correlation between CMB lensing and stochastic GW background from compact object mergers
致密双星合并产生的随机引力波背景（SGWB）的各向异性构成了对大尺度结构（LSS）的一种可能的新探索。然而，由GW源的离散性和仪器的差的角分辨率引起的显著散粒噪声贡献妨碍了由LSS引起的本征各向异性的检测。在这项工作中，我们探讨了潜在的互相关即将到来的高精度测量的SGWB能量密度和宇宙微波背景（CMB）的透镜收敛，以减轻散粒噪声的影响。结合一个详细的恒星和银河系天体物理模型与一个新的框架，以分布在天空中的GW发射器，我们计算的自相关和互相关功率谱的两个宇宙领域，评估散粒噪声的贡献和预测的信噪比。我们的分析结果表明，SGWB的能量密度显着相关的CMB透镜收敛和这两个宇宙场之间的互相关降低了仪器和散粒噪声的影响。不幸的是，S/N不足以检测固有的SGWB各向异性。然而，由当前和未来一代GW干涉仪组成的网络，至少运行10年，应该能够测量散粒噪声的贡献。
2022-03-01 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Wave Signatures from Warm Dark Energy
受最近一些沼泽地模型的启发，我们研究了一个暗能量模型，在这个模型中，由于与U（1）或SU（2）规范场的相互作用，一个精粹轴子在一个陡峭的势场中缓慢地滚动。由这种相互作用产生的规范场可以产生频率在$f \sim \left(10^{-16} - 10^{-14}\right)\; {\rm Hz}$范围内的随机引力波背景。在这个范围内的引力波原则上可以用CMB光谱畸变来探测。我们表明，在这个模型中产生的信号的幅度是以上的水平，只有在非常有利的参数选择的检测。
2020-11-12 astro-ph.CO gr-qc
Stochastic Background of Gravitational Waves Generated by Eccentric Neutron Star Binaries
双星系统以一种众所周知的模式发射引力波;对于圆形轨道上的双星，发射的辐射频率是轨道频率的两倍。然而，在偏心轨道上的系统也会发出高次谐波的引力辐射。本文研究了起源于宇宙学的双中子星系统在偏心轨道上产生的引力波的随机背景。我们特别考虑长寿命的系统，也就是说，这些双星的合并时间长于哈勃时间（$\sim 10$ Gyr）。因此，我们考虑双中子星的轨道频率范围从$10^{-8}$到$2\times 10^{-6}$ Hz。虽然在文献中，一些文件考虑了偏心双星产生的光谱，仍然有空间的替代方法来计算的背景。在本文中，我们使用的方法，包括在总结的频谱，将产生的每个谐波分别以获得总的背景。这种方法使我们能够清楚地获得每个谐波对光谱的影响。此外，我们考虑了不同的偏心率分布函数，以研究它们对产生的引力波背景的影响。最后简要讨论了天基引力波天线和脉冲星定时阵对该背景的探测能力。
2015-04-09 astro-ph.CO gr-qc
Modeling gravitational waves from exotic compact objects
在引力波探测器观察到的双星的螺旋内相中，外来致密物体可能很难与黑洞区分开来，但合并和合并后信号可能存在显着差异。我们介绍了一个玩具模型捕捉二进制的异国情调的紧凑对象的显着特点，紧凑性低于$0.2$，不崩溃后立即合并。我们用它来评估它们的可探测性与当前和未来的探测器，以及它们是否可以从黑洞双星区分。我们发现，爱因斯坦望远镜（LISA）可以观察到具有总质量$\mathcal{O}(10^2) \ M_{\odot}$（$10^4-10^6 \ M_{\odot}$）的奇异双星，并可能将它们与黑洞双星区分开来，在整个可观察的宇宙中，与高级LIGO的$z\lesssim 1$相比。此外，我们表明，使用标准的黑洞模板进行检测可能会导致损失高达$60\%$的信噪比，大大降低了我们观察到这些信号的机会。最后，我们估计，如果LIGO/Virgo合作发布的O 1/O2目录中最响亮的事件是本文中考虑的ECO二进制文件，那么它们将留下合并后的信号，可以通过模型不可知的搜索检测到，使这种假设不太可能。
2021-04-11 gr-qc hep-th
Axion cloud evaporation during inspiral of black hole binaries -- the effects of backreaction and radiation
超轻标量场如轴子可以通过超辐射不稳定性在旋转的黑洞周围形成云。为了通过引力波信号和黑洞质量和自旋参数的观测来探测云的存在，考虑与黑洞双星相关的云的演化是很重要的。我们重新检查的轴子云的影响，由于潮汐扰动的伴星在一个双系统考虑到以下几点。首先，我们研究了高阶多极矩的影响。其次，我们考虑了由于云和轨道运动之间的角动量转移的反作用。这种角动量转移通过几何形状的变化进一步引起对超精细分裂的反作用。最后计算了潮汐相互作用引起的粒子数向无穷远处的通量。结果发现，标量场不被黑洞重吸收。相反，标量粒子辐射远离蒸发在螺旋，无论方向的轨道运动，几乎相等质量的双星。
2022-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Direct determination of supermassive black hole properties with gravitational-wave radiation from surrounding stellar-mass black hole binaries
相当数量的恒星质量黑洞（BH）双星可能在星系核或周围的气体盘中合并。利用空间引力波观测站，我们可以使用这样的双星作为信号载体来探测由中心超大质量黑洞（SMBH）引起的调制，这进一步允许我们对SMBH的性质进行限制。我们特别表明，德西特进动的内部恒星质量的二进制的轨道角动量（AM）周围的外轨道的AM将是可检测的，如果进动周期是可比的观测时间，通常是几年。一旦探测到，进动可以与外轨道运动产生的多普勒频移相结合，以单独确定SMBH的质量和外轨道间隔，每一个都具有100级的精度。如果我们进一步假设由星载和地基探测器联合探测，则可探测性阈值可扩展到约100年的岁差周期。
2020-12-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
A novel category of environmental effect in gravitational waves from binaries perturbed by periodic forces
本文研究周期力扰动下双星引力波的相位效应，构建后牛顿波形模型并验证其可探测性，发现周期性相位扰动不与真空双星参数简并，为探测双星环境效应提供了新途径。
2024-10-23 astro-ph.HE gr-qc
Quantum gravitational signatures in next-generation gravitational wave detectors
最近的一项研究建立了广义不确定原理（GUP）和修正的引力理论之间的对应关系，特别是Stelle引力。我们调查的后果，这种对应的通货膨胀和宇宙学观测值的标量和张量扰动的功率谱，使用两种不同的方法进行评估。首先，我们使用普朗克观测来确定GUP参数$γ_0$。然后，我们利用$γ_0$的值来研究量子引力对原初引力波功率谱的影响，以及它们在下一代探测器（如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器）中的可能探测性。
2022-10-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Relativistic Mergers of Supermassive Black Holes and their Electromagnetic Signatures
从超大质量黑洞的合并事件中同时探测电磁波（EM）和引力波（GW）特征是下一个观测上的重大挑战。这种探测将提供研究宇宙演化和与这些巨大的紧凑物体有关的吸积过程的手段。更一般地说，这些观测将使广义相对论能够在强非线性状态下得到检验，并将提供独立的高精度宇宙学测量。因此，了解在超大质量黑洞合并过程中出现EM和GW签名重合的条件是至关重要的。作为实现这一目标的重要一步，我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，流体动力学研究的后期螺旋和合并的等质量，旋转超大质量黑洞二进制的气体云。我们发现，与GWs相关的可变EM签名可以出现在合并系统中作为冲击和吸积结合相对论光束效应的结果。最引人注目的EM可变性观察到的自旋与轨道轴对齐的系统，其中轨道黑洞形成一组稳定的密度尾流，但所有的系统都表现出一些特征签名，可用于搜索EM同行。在激光干涉仪空间天线可观测到的最大质量的双星的情况下，计算的光度意味着它们可以通过EM搜索到z = 1来识别，而低质量的系统和沉浸在低密度环境气体中的双星只能在局部宇宙中检测到。
2010-04-13 astro-ph.CO gr-qc
Multi-peaked signatures of primordial gravitational waves from multi-step electroweak phase transition
早期宇宙中的一阶电弱相变可以分多个步骤发生，导致原始引力波（GW）谱中特定的多峰特征。我们认为，这些签名是通用的现象，在多标量扩展的标准模型。在一个简单的例子中，这样一个扩展，我们已经研究了出现的重复和嵌套的真空泡配置和它们的作用，在GW频谱中的多个峰的形成。对下一代干涉仪可能探测这些特征的条件进行了研究。
2019-10-24 gr-qc hep-ph hep-th
Nonlinear curvature effects in gravitational waves from inspiralling black hole binaries
合并黑洞产生的引力波（GW）允许对强场引力进行前所未有的探测。在这种情况下测试重力需要在广义相对论的可行扩展中准确预测重力波形模板。我们专注于标量高斯-邦纳引力，最引人注目的理论之一，出现在低能量极限的量子引力范式，它引入了二次曲率修正耦合到标量场的引力，并允许黑洞解与标量电荷。聚焦于吸气黑洞二进制文件，我们计算了由于GW和标量波形中的曲率非线性导致的前导阶校正，表明新的贡献，超越仅仅是标量场的影响，出现在第一个后牛顿秩序的GW。我们提供随时可实施的GW极化和定相。在傅立叶域中计算GW相位，我们执行参数空间研究以量化偏离广义相对论的可检测性。我们的研究结果奠定了重要的基础，为未来的精度测试的重力参数化和理论特定的搜索。
2021-06-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Detectability of Sub-Solar Mass Neutron Stars Through a Template Bank Search
本研究通过模拟匹配滤波搜索，发现潮汐形变和低并合频率显著降低亚太阳质量双中子星的可探测性，灵敏体积损失最高达78.4%，并据此给出并合率保守上限，强调专门搜索的必要性。
2023-05-10 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
LISA Galactic binaries with astrometry from Gaia DR3
本文基于 Gaia DR3 天体测量更新55个 LISA 候选银河系双星的距离，并用贝叶斯方法预测不同观测时长的可探测性，识别出18个验证双星和22个可探测源。
2024-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Probing Ultralight Bosons with Compact Eccentric Binaries
自旋黑洞通过超辐射过程可以大量产生超轻玻色子，并形成类氢光谱的束缚态。我们表明，这样的“引力原子”通常具有巨大的质量四极杆，并导致显着的轨道进动时，它与第二个紧凑的对象形成一个偏心二进制。动力学形成的黑洞双星或脉冲星-黑洞双星在它们的早期吸气期间是典型的偏心的。我们发现，大的轨道岁差可以在它们的引力波或脉冲星定时信号中产生明显的和可观测的信号。
2021-07-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Observable Signatures of EMRI Black Hole Binaries Embedded in Thin Accretion Disks
我们研究了恒星质量致密天体（CO）螺旋进入一个超大质量黑洞（极端质量比吸入或EMRI）的电磁（EM）和引力波（GW）签名，嵌入在一个薄的，辐射压为主的，吸积盘。在大的分离，潮汐效应的次生CO清除间隙。我们发现，间隙回填在后期GW驱动阶段的inspiral，导致突然EM增亮的源。吸积盘通过其与双星的角动量交换、由于吸积而使双星成员的质量增加以及其引力在GW上留下印记。我们计算的磁盘修改GW在分析牛顿近似和数值有效的一体化方法。我们发现，磁盘引起的迁移提供了主导扰动的inspiral，从质量吸积到CO和流体动力阻力的影响较弱。根据是否存在间隙，GW相位的扰动在每年10到1000弧度之间，未来的激光干涉仪空间天线（LISA）可以高度检测到。在固定相近似的磁盘修改的GW的傅立叶变换是敏感的磁盘参数的频率趋势不同于后牛顿真空校正。我们的研究结果表明，EMRI的观测可能会对吸积盘的物理特性产生新的敏感约束。
2011-04-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
