Impact of precession on aligned-spin searches for neutron-star--black-hole binaries
在中子星-黑洞双星合并的引力波搜索管道中加入对齐自旋效应,在对黑洞自旋的天体物理合理假设下,与完全忽略自旋的搜索方法相比,增加了天体物理范围。然而,理论上的考虑和人口合成模型表明,这些双星中的许多可能有一个显着的不一致之间的黑洞自旋和轨道角动量,这可能会导致进动的轨道平面在inspiral和随之而来的损失,在检测效率,如果进动被忽略。这项工作探讨了自旋错位的影响,搜索管道,完全忽略了自旋效应和最近开发的管道,只包括对齐自旋效应。使用合成的,但现实的数据,这可以合理地代表先进的LIGO探测器的第一次科学运行,这两个管道的相对灵敏度显示为不同的假设有关黑洞自旋大小和对齐与轨道角动量。尽管包括对齐自旋效应,由于进动的信噪比损失可以像$40\%$一样大,但这对整体检测率的影响有限:即使进动是中子星-黑洞二进制的主要特征,对齐自旋搜索管道仍然可以检测到至少一半的信号,与理想化的通用进动搜索管道相比。
2015-04-02 gr-qc
Inspiral of Generic Black Hole Binaries: Spin, Precession, and Eccentricity
由于没有观测到黑洞双星,至关重要的是,在未来的观测预期与引力波探测器的访问参数空间的全部范围进行探索。为此,我们编译的哈密顿运动方程描述的保守动力学的最一般的黑洞的二进制文件,计算将和合作者,并纳入一个有效的治疗耗散通过引力辐射。我们发展这些方程的系统与轨道偏心率和旋进自旋。我们发现,虽然自旋-自旋耦合修正原则上可以破坏恒定半径轨道,但这种影响是如此之小,以至于轨道将可靠地趋向于准球形轨道,因为角动量和能量被引力辐射所损失。不过,起初高度偏心的双星,在进入地面引力波侦测器可侦测的频宽时,仍可能保持偏心率。我们还表明,一组有用的固有频率的轨道演示自旋进动和近星点进动是由(1)在轨道平面的角运动的频率,(2)的频率的平面进动,(3)径向振荡的频率。这三个自然谐波形成了观察到的波形。
2011-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Merging Compact Binaries Near a Rotating Supermassive Black Hole: Eccentricity Excitation due to Apsidal Precession Resonance
研究了在一个旋转的超大质量黑洞(SMBH)附近的三重结构中合并致密双星的动力学。我们包括各种广义相对论的影响,耦合的内轨道,外轨道和自旋的SMBH。在引力辐射引起的轨道衰变过程中,内双星会遇到“拱心进动共振”,并经历偏心激发。当内双星的拱点进动速率与外双星的拱点进动速率相匹配时,就会发生这种共振,这种进动由牛顿相互作用和各种后牛顿效应驱动。偏心率激励要求外轨道具有有限的偏心率,并且对于具有小的相互倾斜的三重体是最有效的,与充分研究的Lidov-Kozai效应相反。共振和相关的偏心率增长可能发生在双星发射低频带的引力波时,并且可能被未来的天基引力波探测器探测到。
2020-07-14 astro-ph.HE gr-qc
PRECESSION: Dynamics of spinning black-hole binaries with python
我们提出的数字代码PRECESSION:一个新的开源Python模块,研究进动黑洞二进制在后牛顿政权的动力学。该代码提供了一个全面的工具箱,(一)研究黑洞自旋沿其进动周期的演变,(二)执行引力波驱动的二进制inspirals使用轨道平均和岁差平均积分,和(iii)预测合并残留物的性质,通过拟合公式从数值相对论模拟。PRECESSION是一个随时可用的工具,可将黑洞自旋动力学添加到更大规模的数值研究中,如引力波参数估计代码、预测引力波事件率的总体合成模型、星系合并树和结构形成的宇宙学模拟。PRECESSION提供了快速可靠的积分方法,将黑洞双星的统计样本从它们形成的大间隔传播到它们变得可检测的小间隔,从而将旋转黑洞双星的引力波观测与它们的天体物理形成历史联系起来。该代码也是一个有用的工具,计算初始参数的数值相对论模拟针对特定的进动系统。PRECESSION可以从Python包索引安装,它在Github上的版本控制下免费分发,在那里提供了进一步的文档。
2017-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Next-to-next-to-leading order spin-orbit effects in the near-zone metric and precession equations of compact binaries
我们扩展了我们以前的工作,致力于计算次次领头阶自旋轨道修正(对应于3.5PN阶)的自旋致密双星的运动方程,由:(i)推导自旋演化方程中相应的自旋-轨道项,运动的守恒积分和在粒子位置正则化的度规(还获得遍及近区的度量,但精度较低); ㈡进行岁差方程的轨道简化,对质心标架进行近区度量和守恒积分,然后进一步假设准圆轨道(忽略引力辐射反应)。结果系统地表示的自旋变量与保守的欧几里德范数,而不是原来的反对称自旋张量的极-偶极形式主义。这一工作为今后计算自旋紧密双星引力波定相中的次次领头阶自旋轨道项铺平了道路。
2013-04-02 gr-qc
Nonspinning searches for spinning binaries in ground-based detector data: Amplitude and mismatch predictions in the constant precession cone approximation
目前通过地面引力波探测器进行的紧密双星合并搜索,为了简单起见,假设两个天体不旋转。如果双星包含具有显著自旋的致密物体,那么这可以降低这些搜索的灵敏度,特别是对于黑洞-中子星双星。在本文中,我们调查的影响,忽略岁差的灵敏度搜索自旋二进制使用非自旋波形模型。我们证明了在AdvancedLIGO的敏感波段,双星的轨道角动量和它的总角动量之间的夹角近似为常数。在这种\emph{constant precession cone}近似下,我们发现引力波相位以两种方式调制:由于岁差而导致的引力波相位的长期增加和围绕长期增加的振荡。我们表明,这种长期的演变发生在三个方面,对应于物理上不同的明显的演变的二进制的岁差的视线。我们估计了\emph{any}非旋进模板模型和单个旋进信号之间的最佳可能拟合因子,在恒定旋进锥的限制下。我们的封闭形式的拟合因子的估计只依赖于带内进动锥的几何形状,它不显着依赖于二进制参数,检测器响应,或任何信号模型的细节。进动黑洞-中子星波形最不准确匹配的nonspinning波形对应于观察几何形状的进动锥扫描轨道平面反复跨越视线,在一个不利的偏振对齐。
2012-07-17 astro-ph.CO gr-qc
Bounding the mass of the graviton with gravitational waves: Effect of spin precessions in massive black hole binaries
在宇宙学距离上观测来自大质量双黑洞系统的引力波,可以用来寻找波的传播速度对波长的依赖关系,从而束缚假设引力子的质量。我们研究了黑洞的自旋和轨道角动量的进动对利用引力波信号与理论模板波形的匹配滤波进行参数估计的过程的影响。对于建议的空间干涉仪LISA,我们表明,岁差,以及伴随的调制的引力波形,是有效的,在打破退化之间的参数估计,并有效地恢复可实现的引力子质量边界的水平,可从二进制inspirals没有自旋。对于质量相等(10^6个太阳质量)、自旋旋进的双黑洞系统,引力子康普顿波长的极限为5 × 10^{16} km。
2009-08-05 gr-qc
Spin-orbit precession for eccentric black hole binaries at first order in the mass ratio
我们考虑强引力场中紧双星的自旋-轨道(“测地”)进动。具体来说,我们计算$ψ$,在一个径向周期的累积自旋进动和轨道角的比率,为一个旋转致密体的质量$m_1$和自旋$s_1$,与$s_1 \ll G m_1^2/c$,轨道非旋转黑洞。我们表明,$ψ$可以计算偏心轨道的引力自作用力和后牛顿框架,结果似乎是一致的。给出了$ψ$在次-次-主导阶的后牛顿展开式和$ψ$在质量比为一阶的Lorenz规范引力自作用力计算.后者提供了新的数值数据,在强场制度通知有效的单体模型的引力两体问题。我们的结论是,$ψ$补充Detweiler红移$z$作为一个关键的不变量特征偏心轨道的引力两体问题。
2017-03-30 gr-qc
A geometric approach to the precession of compact binaries
本文讨论了一种几何方法来确定旋进双星系统及其发射的引力波的首选参考系。这个最小旋转坐标系与角动量轴对齐,并将绕该轴的旋转固定为一个恒定的角度,从而形成一个基本不变的坐标系。在这个框架中分解的引力波形在惯性框架的旋转下类似地不变,并且表现出相对平滑地变化的相位。相比之下,早期的辐射对齐框架在引力波相位中引入了依赖于惯性框架取向的无关特征,导致频率波动,可能会复合成许多引力波周期。我们探索了一个简化的描述后牛顿近似进动系统使用的最小旋转框架,并描述了这样的系统的分析/数值混合波形的建设。
2012-02-01 gr-qc
Interplay of spin-precession and higher harmonics in the parameter estimation of binary black holes
引力波(GW)信号从合并的紧凑型双星携带了大量的信息源动力学,是一个很好的工具,以探索未知的天体物理和基础物理。虽然最新的致密双星信号目录报告了缓慢旋转系统和不等质量双星的证据,但到目前为止的数据还不能提供强进动双星的令人信服的证据。在这里,我们使用GW推理库并行Bilby来比较测量自旋诱导轨道进动的两种波形模型的性能。其中一个波形模型结合了自旋进动效应和次主谐波。另一个模型考虑了进动,但只包括主谐波。通过模拟具有不同质量比和自旋的信号,我们发现具有次主谐波的波形模型使我们能够在大多数情况下准确地推断进动的存在。相比之下,主导模型往往无法提取足够的信息来测量岁差。特别是,它不能区分一个面对的高进动的二进制从一个缓慢的进动的二进制系统,无论二进制的质量比。正如预期的那样,我们看到了一个显着的改善,在测量进动的边缘上的二进制文件。其他内禀参数也变得更好的约束,表明进动效应有助于打破质量和自旋参数之间的相关性。然而,进动测量是优先占主导地位的等质量的二进制与面对的方向,即使我们采用的波形模型,包括次主谐波。在这种情况下,使信噪比加倍无助于减少这些先前引起的偏置。由于我们期望在未来检测到自旋方向不一致的高自旋二进制信号,因此像我们这样的模拟研究对于理解GW参数推断的前景和局限性至关重要。
2022-03-09 astro-ph.HE gr-qc
The fate of chaotic binaries
一个典型的恒星质量的黑洞与一个较轻的同伴被证明屈服于轨道平面的混沌进动。因此,由地球上的干涉仪直接探测引力波的最佳候选者可以在俯冲前的最后轨道期间显示波形的不规则调制。引力辐射的进动和随后的调制取决于质量比、偏心率和自旋。伴星的质量越小,岁差效应越显著。最重要的参数是自旋幅度和失调。如果自旋很小,并且几乎与轨道角动量对齐,那么就不会有混乱的进动,而增加自旋幅度和失调都会增加不稳定的进动。大的偏心率可以由大的、未对准的自旋引起,但似乎不需要混沌。轨道平面的不规则进动将产生不规则的引力波频率,但可能对观察到的周期总数产生较小的影响。
2002-03-26 astro-ph gr-qc
Dynamics and gravitational radiation of binaries with spin precession and eccentricity in dynamical Chern-Simons gravity
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Kyoto University(京都大学)
本文研究了具有自旋进动和偏心率的二体系统在动态Chern-Simons引力中的动力学和引力辐射,提出了改进的波形构建方法,为未来引力波parity对称性测试提供理论支持。
2025-12-01 gr-qc
Two-harmonic approximation for gravitational waveforms from precessing binaries
当黑洞的自旋与双星的轨道角动量不一致时,双星黑洞的轨道进动。表面上复杂的动力学在大多数情况下可以描述为轨道角动量关于一个近似固定的总角动量的简单进动。然而,岁差对观测到的引力波信号的影响更为复杂,它与黑洞动力学、双星的方向和探测器的偏振有着非平凡的时变关系。因此,很难预测在什么条件下进动效应在引力波观测中是可测量的,以及它们对信号检测和源表征的影响。我们发现,所观察到的波形可以简化分解为一个新的进动参数$b = \tan(β/2)$,其中$β$是轨道和总角动量之间的开角的幂级数。幂级数由五个谐波组成,其频率与二进制的进动频率不同,并且单独地不表现出幅度和相位调制。在许多情况下,波形可以很好地近似于两个领先的谐波。在这种近似下,我们能够得到由两个频率相似的波形的拍频引起的进动的简单图像。这使我们能够识别区域的参数空间的进动可能有一个可观察到的影响的波形,并提出了一种新的方法来搜索信号的进动二进制,基于两个谐波近似。
2020-07-15 gr-qc
Parameter estimation for inspiraling eccentric compact binaries including pericenter precession
具有高轨道偏心率的吸入型超大质量黑洞双星系统是激光干涉仪空间天线(LISA)等天基引力波(GW)观测的重要源。偏心率增加轨道谐波的GW信号的傅立叶变换和相对论近心进动导致三路分裂的每个谐波峰。我们使用Fisher矩阵方法和初始二进制方向的Monte Carlo采样,研究了具有不同初始偏心率的此类波形的参数估计精度。偏心率通过打破不同参数之间的简并来改善参数估计。特别是,我们发现,源定位精度显着提高高质量的二进制由于偏心。如果合并前1年的初始偏心率为$e_0\sim 0.6$,则对于一个不旋转的、红移为$z=1$的$10^7\,M_{\odot}$等质量双星,典型的天空位置误差为$\sim1 $ deg。近心点进动对源定位精度没有显著影响,但对于质量在$10^6$和$e_0 \sim 0.3$的$10^7\,M_{\odot}$之间的情况,近心点进动确实进一步系统地提高了质量和偏心率估计精度3- 10倍。
2012-11-17 astro-ph.CO gr-qc
Efficient fully precessing gravitational waveforms for binaries with neutron stars
本研究构建了适用于含中子星的致密双星的高效频域进动波形,考虑中子星自旋诱导四极矩导致的χ_eff不守恒,在90%以上构型下与数值演化波形失配度极低,可用于质量间隙天体及黑洞模仿体检验。
2022-12-19 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
Tracking the precession of compact binaries from their gravitational-wave signal
我们提出了一个简单的方法来跟踪的黑洞双星系统的进动,仅使用引力波(GW)信号的信息。我们的方法包括定位的帧的幅度的$(\ell=2,|m|=2)$模式是最大化的,我们表示的“四极对齐”帧。我们证明了这种方法的有效性时,应用到波形的数值模拟。在等质量非自旋双星的测试情况下,我们的方法将轨道角动量的方向定位在$(Δθ, Δϕ) = (0.05^{\circ},0.2^{\circ})$内。然后,我们将该方法应用到一个$q = M_2/M_1 = 3$二进制,表现出显着的进动。一般来说,自旋双星的轨道角动量$\mathbf{L}$是\emph{not}垂直于轨道平面。证据表明,我们的方法定位的方向$\mathbf{L}$,而不是正常的轨道平面的后牛顿(PN)的结果进行比较。此外,我们观察到,它准确地再现类似的高模振幅可比的非自旋(因此非旋进)的二进制,和$(\ell=2,|m|=2)$模式的频率是一致的“总频率”的二进制的运动。简单形式的四极对齐波形将是有用的,在试图分析模型的inspiral-merge-ringdown(IMR)信号的进动二进制,并在标准化的波形表示的准确性和一致性的研究源建模的努力,数值和分析。
2010-12-13 gr-qc
Eccentric Motion of Spinning Compact Binaries
本文用分数质量差序参量的幂微扰法处理了离心轨道上自旋致密双星的运动方程。该解在质量差参数的一阶范围内是有效的。正则点变换去除了自旋-轨道哈密顿量的首阶项,该项引起轨道角动量围绕守恒总角动量的摆动进动,这种进动在质量相等或单个自旋的情况下消失。角变量的应用,使一个典型的微扰理论很容易处理。
2014-06-02 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
Signatures of spin precession and nutation in isolated black-hole binaries
双星黑洞的自旋进动是由潮汐、风、吸积、共包络演化、出生踢和恒星核-包络耦合等现象的相互作用决定的。在以前的工作中,我们确定了参数空间的区域,可能会产生BBHs与大的错位从出生踢和高自旋幅度从三个机制-潮汐,吸积,或通过最小的核心-包络耦合的继承。在这里,我们探索自旋进动的BBHs使用五个参数,描述的振幅和频率与轨道角动量进动和章动的总角动量,调制的引力波发射。如果至少有一个黑洞在旋转,那么对于足够强的出生反冲来说,进动通常是可能的。章动是自旋-自旋耦合的结果,并且取决于三种上旋机制。潮汐同步可以在对齐的有效自旋和章动频率之间留下明显的相关性,但不会产生大的章动。当黑洞吸积伴星包层的$\gtrsim 20\%$时,进动的频率和幅度都很大。更少量的吸积,例如,$\approx 2\%$是必要的,以提供一个大的进动频率和振幅时,吸积体是沃尔夫-拉叶(WR)星。高出生WR自旋的遗传($\gtrsim 5\%$的最大分裂值)通过最小的核心-包络耦合是最有希望的机制,产生章动BBH,这意味着从引力波观测章动的测量可能会建议孤立的二进制起源与最小的核心-包络耦合。
2023-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Parity Violation in Spin-Precessing Binaries: Gravitational Waves from the Inspiral of Black Holes in Dynamical Chern-Simons Gravity
Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系前沿宇宙学中心);Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma1(罗马第一大学物理系及INFN罗马第一分部)
该研究在动力学Chern-Simons引力中,首次构建了自旋进动黑洞双星旋进阶段引力波的解析波形,揭示了宇称破缺对进动相位和振幅的PN阶修正,为修正引力波形建模奠定基础。
2026-09-29 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
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
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
Non-precessional spin-orbit effects on gravitational waves from inspiraling compact binaries to second post-Newtonian order
本文导出了自旋-轨道耦合对由准圆轨道上的自旋致密天体组成的吸气双星所发射的引力波形式的全部二阶后牛顿(2 PN)非旋进效应。牛顿对自旋轨道效应的计算(1.5PN阶)依赖于旋转物体的流体描述。我们通过在后牛顿理论中引入δ函数描述自旋对物体能量动量张量的影响来简化计算。这个描述最近被Mino,Shibata,and Tanaka(MST)在Teukolsky形式主义中使用,分析了围绕大质量黑洞运行的粒子,并且是基于Dixon之前的工作。我们计算的2 PN贡献的波形相结合的MST能量-动量张量与形式主义的Blanchet,Damour,和Iyer评估的二进制的辐射多极子,并与著名的1.5PN阶运动方程的二进制。我们的结果在2 PN阶只对波形的振幅有贡献。波形相位的长期演化是LIGO最精确测量的量,直到2.5PN阶才受到我们结果的影响,此时其他自旋轨道效应也开始发挥作用。我们计划在未来的论文中使用本文的技术评估整个2.5PN自旋轨道对长期相演化的贡献。
1997-10-31 gr-qc
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
PRECESSION 2.1: black-hole binary spin precession on eccentric orbits
Universitá degli Studi di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学);NFN, Sezione di Milano-Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部)
PRECESSION 2.1版本扩展了对偏心轨道的处理能力,引入了半自动方法将环形轨道函数适应到偏心轨道,并改进了后牛顿距离与引力波发射频率的转换表达式。
2026-04-10 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Importance of relativistic pericenter precession in identifying the presence of a third body near eccentric binaries
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);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所)
本文提出一种改进的定时模型,通过纳入相对论性近心点进动修正,以更准确地检测接近偏心双星的第三体存在。
2025-12-30 astro-ph.HE 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
A semicoherent resampling method for long-transient gravitational wave searches with applications to subsolar-mass primordial black-hole binaries
The Australian National University(澳大利亚国立大学);INFN, Sezione di Roma(意大利国家核物理研究所罗马分部);Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学)
本文提出基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的重采样方法,用于长时瞬变引力波搜索,速度提升可达两个数量级,并在亚太阳质量原初黑洞双星旋进信号搜索中验证其高效性,视界距离覆盖银河系中心乃至仙女座星系。
2026-09-14 astro-ph.IM gr-qc
Measuring spin precession from massive black hole binaries with gravitational waves: insights from time-domain signal morphology
针对大质量双黑洞引力波自旋进动测量难题,本研究采用时域截断推断方法分析不同参数下的模拟信号,明确了旋进、铃宕阶段约束进动的信噪比与质量条件,证实无需精细调优外禀角度即可实现测量。
2025-11-18 astro-ph.HE gr-qc
Efficient multi-timescale dynamics of precessing black-hole binaries
本文采用多时间尺度方法与加权自旋差参数化,推导二阶后牛顿双黑洞自旋进动的闭合动力学,并在 PRECESSION v2 中实现 50 倍加速。
2023-07-25 astro-ph.HE gr-qc
The Effect of Eccentricity on Searches for Gravitational-Waves from Coalescing Compact Binaries in Ground-based Detectors
螺旋形的致密双星预计会在其引力波信号到达地面探测器的敏感频带之前循环。因此,目前使用LIGO和Virgo探测器从致密双星中搜索引力波的方法是使用圆形模板来构建匹配滤波器。二元形成模型已经提出,这表明,一些系统可检测的LIGO-Virgo网络可能有不可忽略的偏心率。我们调查的能力,限制3.5后牛顿阶泰勒F2模板银行,用于LIGO和处女座的质量$M \le 35 M_\odot$,从紧凑的二进制搜索引力波,检测二进制与非零偏心率。本文采用Hinder \emph{et. al.} [I]提出的$x$模型后牛顿形式,模拟了偏心双星的引力波。Hinder,F. Hermann,P. Laguna,and D. Shoemaker,arXiv:0806.1037v1]。我们发现,小的剩余偏心率($e_0 \lesssim 0.05$在40赫兹)不显着影响目前的LIGO搜索的能力,以检测引力波从合并的紧凑的二进制与总质量$2 M_\odot < M < 15 M_\odot$。对于偏心率$e_0 \gtrsim 0.1$,由于偏心率导致的匹配滤波器信噪比的损失可能是显著的,因此将需要包括偏心效应的模板来对这种系统执行最佳搜索。
2010-02-15 gr-qc
Observability of spin precession in the presence of a black-hole remnant kick
本文通过注入与恢复研究,探究残余反冲印记能否增强双黑洞信号对自旋进动的测量能力,发现大反冲信号可提升自旋与质量比的信息量,使等质量面朝双星的进动可被现有探测器识别。
2024-07-17 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
Methods for the detection of gravitational waves from sub-solar mass ultracompact binaries
我们描述了探测方法的扩展引力波搜索亚太阳质量的紧凑的双星。以前使用Initial LIGO进行太阳下的质量搜索,而Advanced LIGO在设计灵敏度上的探测体积比Initial LIGO大约1000倍。低质量的计算困难,我们提出了一种方法来控制增加,同时保持比以前的搜索更大的灵敏度。太阳质量以下的致密物体特别令人感兴趣,因为它们预计不会在天体物理学上形成。如果被探测到,它们可能是原始黑洞(PBH)的证据。我们考虑了PBH二元形成的特定模型,该模型允许LIGO/Virgo在暗物质的背景下对该种群进行约束,并且我们演示了如何获得暗物质分数上限的保守界限。
2018-08-15 astro-ph.IM gr-qc
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
New gravitational self-force analytical results for eccentric equatorial orbits around a Kerr black hole: gyroscope precession
我们分析计算的引力自作用力修正的陀螺仪进动沿稍微偏心赤道轨道的克尔时空,推广以前的结果史瓦西时空。我们的结果是准确的,通过9.5后牛顿秩序和二阶的偏心率和旋转参数。我们还提供了一个后牛顿检查我们的结果的基础上,目前已知的旋转二进制的哈密顿。
2019-07-23 gr-qc
Testing General Relativity with LISA including Spin Precession and Higher Harmonics in the Waveform
我们计算的精度,一个像丽莎空间为基础的引力波探测器将能够观察到偏离广义相对论在低频近似。为此,我们引入了六个修正参数,占修改后的重力在第二个后牛顿引力波阶段的螺旋超大质量黑洞二进制与自旋进动准圆轨道。我们的实现可以被视为一个子集的ppE形式主义开发的Yunes和Pretorius,能够调查也下一个领先的顺序的影响。为了找到替代理论参数的误差分布,我们使用Fisher信息形式,对17个不同的二元黑洞质量配置进行蒙特卡罗模拟,在10^5 Msun < M < 10^8 Msun的范围内,每个参数空间中随机分布10^3个点,比较完整(FWF)和限制(RWF)版本的引力波形。我们发现双星可以大致分为两类:一类是低质量(< ~10^7 Msun),另一类是高质量(> ~10^7 Msun)。对于高质量双星,RWF对替代理论参数的误差比FWF误差高两个数量级,而对于低质量双星,RWF对替代理论参数的误差几乎相当。由于稀释的可用信息,二进制参数的准确性降低了几个因素,除了光度的距离,这是影响更严重的高质量制度。作为一个应用程序,并与以前的工作相比,我们的研究,我们计算的引力子康普顿波长的最佳下限时,使用FWF增加了约1.6倍。
2012-08-22 gr-qc
An efficient pipeline for joint gravitational wave searches from individual binaries and a gravitational wave background with Hamiltonian sampling
提出一种基于哈密顿蒙特卡洛采样的高效流程,用于联合搜索单个超大质量黑洞双星和引力波背景,在模拟数据上实现准确参数估计,并将NANOGrav 12.5年数据集的分析次数从72次减至1次。
2024-07-15 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
Interpreting the results of searches for gravitational waves from coalescing binaries
我们介绍了一种方法的基础上最响亮的事件统计来计算的上限或间隔的天体物理率的二进制合并。计算取决于探测器的灵敏度和噪声背景,以及合并双星的天体物理分布模型。由于天体物理和仪器的不确定性以及使用后牛顿波形近似全信号所引入的误差,在速率的计算中存在显著的不确定性。我们对这些不确定性进行了详细的分类,并描述了一种边缘化方法。在整个过程中,我们提供了一个基于初始LIGO探测器的例子。
2007-07-16 gr-qc
Frame dragging and other precessional effects in black hole-pulsar binaries
对于在轨道上有一个紧凑伴星的射电天文学家来说,脉冲星计时观测已被证明是确定伴星物理性质的有力工具。不幸的是,也许最有趣的系统,这种工具可以使用,一个脉冲星在轨道上与黑洞,尚未被发现。在本文中,我们给出了一个详细的调查,人们可以了解黑洞同伴通过定时观测的脉冲星。我们给出了由标架拖曳效应引起的传播延迟的解析计算,并证明了它与由无线电信号在伴星的引力场中的偏转引起的脉冲星观测旋转相位的调制(弯曲延迟)具有相同的函数行为。因此,与其他作者的陈述相反,在伴星是恒星质量的黑洞的脉冲星双星中,标架拖曳延迟不太可能单独测量。然而,我们证明,相对论自旋轨道耦合所造成的双轨道的进动可以导致可观察到的效果,可以用来设置一个下限的黑洞自旋,或可能允许确定其大小和方向。我们给两个可能的系统,一个10太阳质量的黑洞在轨道上的年轻(~0.1秒)脉冲星或毫秒脉冲星的参数估计。最后,我们讨论了旋转黑洞伴星的四极矩的可测性,这将检验克尔黑洞的存在。作为我们计算的一个有趣的副结果,我们可以进一步论证为什么PSR J 0045 -7319的伴星不可能是Kerr黑洞。
1998-11-03 astro-ph gr-qc
Investigating the effect of precession on searches for neutron-star-black-hole binaries with Advanced LIGO
第一次直接探测到中子星-黑洞双星可能是用引力波天文台。先进的LIGO和先进的Virgo将能够在900 Mpc的最大距离上观察中子星-黑洞合并。为了获得这种灵敏度,引力波搜索将依赖于使用一组滤波器波形,这些波形准确地模拟了预期的引力波信号。预计黑洞的角动量与轨道角动量相当。这种角动量将影响吸气系统的动力学,并改变发射的引力波信号的相位演化。此外,如果黑洞的角动量与轨道角动量不一致,它将导致系统的轨道平面进动。在这项工作中,我们证明,如果在引力波搜索中使用的波形模型中忽略黑洞的角动量的影响,$(10+1.4)M_{\odot}$中子星-黑洞系统的探测率将降低$33 - 37%$。这种测量的误差是由于后牛顿近似法的不确定性造成的,后牛顿近似法是用来模拟中子星-黑洞吸入螺旋双星的引力波信号的。我们描述了一种新的方法,用于创建一个银行的过滤器波形的黑洞具有非零的角动量,但与轨道角动量对齐。我们发现,利用这个库,$26-33%$将降低$(10+1.4)M_{\odot}$中子星黑洞系统的探测率。不会被检测到的系统是轨道平面的进动导致引力波信号与非进动滤波器波形匹配不良的系统。我们确定了这些系统发生的参数空间区域,并提出了寻找高进动中子星-黑洞双星的方法。
2014-05-20 astro-ph.CO gr-qc
Alignment and precession of a black hole misaligned with its accretion disc: Application to Low Mass X-ray Binaries
Kerr黑洞周围的薄粘性吸积盘由于Lense-Thirring(LT)效应而翘曲,导致黑洞的自旋轴进动并与外盘对齐.我们计算了作用在黑洞上的LT力矩,并计算了持久和瞬态吸积体的排列和进动时间尺度。在我们的分析中,我们考虑了内盘的贡献,因为它可以在合理的参数值范围内与黑洞自旋保持不对准。我们发现,对准时间尺度增加的克尔参数低于临界克尔参数值的减少,相反,早期的预测。此外,瞬变吸积的时间尺度一般比持续吸积的时间尺度长。通过对瞬态情况的分析,我们发现低质量X射线双星(LMXB)4U 1543-47中的黑洞可能是未对准的,而LMXB XTE J1550-564中的黑洞已经对准了外盘。LMXB H 1743-322的年龄是假设一个未对准的光盘估计。我们还发现,一个典型的银河系LMXB中的黑洞可能需要比过去估计的更长的时间来对齐。这对用连续X射线谱拟合方法测量黑洞自旋有重要意义。
2019-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Impact of LIGO-Virgo black hole binaries on gravitational wave background searches
我们研究了LIGO-Virgo目前探测的黑洞二元种群对未来寻找原始引力波背景的影响。我们估计的前景所产生的二进制使用观察到的事件率和一个简单的建模的黑洞人口。我们从前景中减去单独可分辨的二进制,并利用Fisher分析来推导幂律信号的灵敏度曲线,包括这些天体物理前景。即使在乐观的假设下,我们发现未来实验的范围也会严重缩小。
2023-02-22 astro-ph.CO 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
Numerical Relativity Simulations of Precessing Binary Neutron Star Mergers
我们提出了第一套数值相对论模拟的二进制中子合并,包括自旋旋进效应,并与多个分辨率的演变。我们的模拟采用了广义相对论中一致的初始数据,具有不同的自旋组态和无量纲自旋幅度$\sim 0.1$。它们以$\sim392$ ~Hz的引力波频率开始,并覆盖超过$1$的岁差周期和大约15个轨道,直到合并。我们讨论的自旋进动动力学分析坐标轨迹,准本地自旋测量,和能量,通过比较自旋对齐,反对齐,和无旋配置。通过计算旋进后期引力波形对的失配,比较了不同自旋组态的引力波形。我们发现,旋进效应是无法区分的nonprecessing配置对齐的自旋约面对双星,而后者是区分从nonspinning配置。相反,自旋进动效应对于近似边缘的双星是清晰可见的。对于这里考虑的参数,岁差不会显着影响特征合并后的引力波频率,也没有质量喷射。我们的研究结果为模拟双星中子星事件引力波形中的自旋进动效应铺平了道路。
2017-12-08 astro-ph.HE gr-qc
Higher-order spin effects in the amplitude and phase of gravitational waveforms emitted by inspiraling compact binaries: Ready-to-use gravitational waveforms
我们提供了准备使用的时域重力波形的自旋紧密双星的进动效应通过1.5PN阶的振幅和计算其模式分解使用自旋加权-2球谐函数。在存在岁差的情况下,引力波模式(l,m)包含源自轨道频率和岁差频率组合的谐波。我们发现,具有大质量不对称性和大倾角的双星系统的引力辐射可以分布在几个模之间。例如,在螺旋的最后阶段,对于一些最大自旋配置,(2,0)和(2,1)模式的振幅可以与(2,2)模式的振幅相当。如果质量比不是太极端,l=3和l=4模式通常比l = 2模式小一个或两个数量级。本文仅限于自旋、非旋进的致密双星,采用定态相位近似,导出了振幅分别为1.5PN和2 PN阶,相位为2.5PN阶的包含自旋轨道效应和自旋(1)-自旋(2)效应的频域引力波形。由于振幅的自旋效应通过2 PN阶只影响轨道相位的第一和第二谐波,它们不会扩展引力波探测器的质量范围。然而,它们会干扰其他谐波,并根据自旋方向降低或提高信噪比。这些现成的波形可用于旋转,吸气双星的数据分析,以及在分析和数值相对论之间的接口的比较研究。
2011-07-20 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
Rarity of precession and higher-order multipoles in gravitational waves from merging binary black holes
本研究通过计算LVK观测事件中进动和高阶多极矩的概率,发现仅3个事件存在实质性证据,证实LVK种群模型可准确预测相关事件数量,为引力波信号分析及种群模型验证提供依据。
2025-02-13 astro-ph.HE gr-qc
Scalar Tops and Perturbed Quadrupoles: Probing Fundamental Physics with Spin-Precessing Binaries
引力相互作用中的宇称破缺对基本观测和宇宙演化有重要影响。我们在这里调查第一次我们的能力,探测奇偶违反性质的引力相互作用使用引力波从自旋旋进双星。本文以动力学Chern-Simons引力为中心,导出了自旋进动方程,计算了自旋进动类圆形黑洞双星发射的引力波,并估计了未来引力波观测对该理论的约束程度.
2018-06-19 gr-qc
Second post-Newtonian gravitational wave polarizations for compact binaries in elliptical orbits
计算了在椭圆轨道上运动的非自旋致密双星的引力辐射对“正”和“交叉”引力波偏振的第二后牛顿(2PN)贡献。计算从我们早期的2PN产生结果出发,关键地采用了Damour,Schäfer和Wex对椭圆轨道的2PN精确的广义拟开普勒参数化,给出了考虑偏心率和近星点进动影响的引力波偏振模尾项的2PN精确表达式。
2002-03-11 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