Data-Driven Acceleration of Eccentricity Reduction for Binary Black Hole Simulations
California Institute of Technology(加州理工学院);University of Zurich(苏黎世大学);Cornell University(康奈尔大学)
本文提出利用数据驱动方法加速二体黑洞数值相对论模拟中的偏心率减少,通过Gaussian Process Regression模型学习初始轨道频率和径向速度,显著降低计算成本。
2026-09-11 astro-ph.IM gr-qc
Small-eccentricity binary pulsars and relativistic gravity
小偏心率双星与白矮星的同伴提供了良好的测试实验室的各种影响预测的替代理论的重力,特别是测试的发射引力偶极子辐射和存在的引力斯塔克效应。我们将对这些影响提出新的限制。这里提出的统计分析,第一次,适当地照顾选择效果。
2000-02-07 gr-qc
Eccentricity content of binary black hole initial data
使用后牛顿诊断工具开发的莫拉和将,我们研究数值生成的准平衡初始数据集,已被用于最近成功的数值演化的二元黑洞通过暴跌,合并和ringdown。我们表明,一个小的,但显着的轨道偏心率是需要匹配后牛顿和准平衡计算。如果这被证明是一个真正的偏心率,它可能会影响随后的数值演化和预测的重力波形的细节。
2006-07-19 gr-qc
Observing Eccentricity Oscillations of Binary Black Holes in LISA
来自双星系统附近的第三个天体的潮汐力可以在双星的偏心率中引入长期振荡,称为Kozai-Lidov振荡。我们证明了恒星质量黑洞双星的Kozai-Lidov振荡具有被LISA观测到的潜力。对这类双星的探测将有助于深入了解双星的形成通道,并为直接观测Kozai-Lidov振荡提供重要的基准。
2019-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
An efficient iterative method to reduce eccentricity in numerical-relativity simulations of compact binary inspiral
提出了一种新的迭代方法来减少黑洞双星模拟中的偏心率。给出了低偏心率起始动量的良好初始估计,通过比较inspiral和post-Newton计算,我们得到了~4轨道的穿刺初始数据,并构造了改进的初始参数。我们的方法是第一个直接应用于引力波(GW)信号,而不是轨道运动。GW信号通常较少受到量规效应的污染,量规效应在移动穿刺模拟中将偏心率的基于轨道运动的测量限制为$Δe \sim 0.002$的不确定性,使得难以将偏心率降低到该值以下。我们的新方法可以达到偏心率低于$10^{-3}$在一个或两个迭代步骤,我们发现,这是远远低于GW天文学的要求,在先进的探测器时代。我们的方法可以很容易地适应任何紧凑的二元模拟与GW的排放,包括黑洞二元模拟,使用替代方法,和中子星二元模拟。我们还评论的差异,偏心率估计的基础上应变$h$,和纽曼彭罗斯标量$Ψ_4$。
2012-04-10 gr-qc
Spin effects in the phasing of gravitational waves from binaries on eccentric orbits
在这里,我们计算自旋轨道和自旋自旋耦合所需的精确计算的相位的引力波发射的可比质量的二进制偏心轨道上的第二后牛顿(PN)顺序。我们使用的准开普勒参数化的轨道发散的零偏心率限制。我们发现,自旋-自旋耦合引起的剩余偏心率的合并双星在2 PN,$10^{-4}$ - $10^{-3}$的顺序为超大质量黑洞双星在LISA带。自旋-轨道进动还导致偏心率演化的非平凡模式,这有助于减少在引力波测量中确定偏心率和自旋的误差。
2010-05-12 astro-ph.CO gr-qc
Reducing orbital eccentricity in initial data of binary neutron stars
我们发展了一种方法来计算低偏心率的初始数据的二进制中子星进行真实的模拟在数值相对论。通过调整双星的轨道角速度和引入中子星的接近相对速度来控制轨道偏心率。这些修改主要通过二元初始数据的流体静力平衡方程来改进解。通过在~3个轨道上进行时间演化,迭代更新初始数据的轨道角速度和接近速度。我们发现,离心率可以减少一个数量级相比,标准的准圆初始数据,特别是从~0.01到<~0.001,通过三个连续的迭代等质量的双星离开10个轨道合并前。
2014-09-03 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
Enhancing Early Detection and Localization of Gravitational Waves via Eccentricity-Induced Higher Harmonic Modes with 2G Detector Networks
Wuhan University(武汉大学);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);Ningbo University(宁波大学);Hangzhou Institute for Advanced Study (HIAS), University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学杭州高等研究院);Beijing Normal University(北京师范大学);Seoul National University(首尔大学)
研究通过偏心性诱导的高阶谐波模式提升引力波早期检测与定位能力,分析信号噪声比和定位精度随时间的变化,为多信使天文学提供改进方案。
2026-04-30 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Reducing orbital eccentricity in binary black hole simulations
二元黑洞模拟从准圆(即,零径向速度)的初始数据具有轨道偏心率小但非零的轨道。本文将准平衡初值方法推广到允许二元黑洞的径向速度为非零。通过调整轨道频率和径向速度使轨道偏心率最小,得到新的低偏心率初始数据,并将由此得到的($\sim 5$轨道)演化与准圆初始数据进行了比较。准圆形数据的演变清楚地显示了偏心轨道,偏心率随着时间的推移而衰减。精确的衰变率取决于离心率的定义;如果用轨道频率的变化来定义,衰变率与彼得斯(1964)的预测很吻合。重力波形,其中包含$\sim 8$周期占主导地位的l=m=2模式,在很大程度上不受偏心率的准圆形的初始数据。准圆演化中的主模与低偏心率演化中的主模之间的重叠约为0.99。
2007-04-25 gr-qc
Eccentricity Reduction for Quasicircular Binary Evolutions
针对数值相对论中准圆致密双星模拟初始数据难获取、偏心率测量对拟合方式敏感的问题,提出一种基于变量投影算法、频谱初猜与轨迹频率预处理的改进偏心率测量算法,提升了测量一致性。
2024-10-07 gr-qc
Eccentricity Distribution for Dynamical Gravitational-Wave Merger Channels in The Pinhole Regime
Institute for Advanced Study(高等研究院);University of Cambridge(剑桥大学);Gonville & Caius College(贡维尔与凯斯学院);Princeton University(普林斯顿大学);Cardiff University(卡迪夫大学);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)
研究发现动态引力波合并通道在高偏心率极限下会产生共同的偏心率分布,为理论研究和引力波源搜索提供重要启示。
2026-11-03 astro-ph.HE gr-qc
Eccentricity evolution consistency test to distinguish eccentric gravitational-wave signals from eccentricity mimickers
Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics(天文与天体物理大学间中心);Seoul National University(首尔国立大学);Vivekananda Satavarshiki Mahavidyalaya(维韦卡南达·萨塔瓦尔希基学院)
本文提出偏心性演化一致性检验方法,用于区分真实偏心引力波信号与由其他效应模仿的偏心信号。
2025-12-02 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Eccentricity matters: Impact of eccentricity on inferred binary black hole populations
本文通过合成偏心双黑洞族群并利用MCMC参数估计,研究了偏心率对双黑洞族群推断的影响,发现足够多事件下可识别中等偏心率特征,而忽略偏心率会导致参数推断偏差。
2024-04-12 astro-ph.HE gr-qc
Inferring eccentricity evolution from observations of coalescing binary black holes
恒星质量的双星黑洞的起源和形成仍然是一个悬而未决的问题,可以通过从它们的引力波信号中精确测量双星和轨道参数来解决。这样的双星在接近合并时,由于引力波的发射,预计会变成圆形。然而,根据它们的形成通道,一些双星在进入当前引力波探测器的频带时可能具有不可忽略的偏心率。为了测量观测到的引力波信号的偏心率,描述偏心轨道上双星的精确波形模型是必要的。在这项工作中,我们证明了改进的TEOBResumS波形模型偏心聚结二进制对齐自旋的功效。我们首先验证模型对对准自旋二进制黑洞合并的模拟信号和量化的偏心率的影响估计的其他内在的二进制参数。然后,我们进行了一个完全贝叶斯再分析的GW150914偏心波形模型。我们发现:(i)该模型是可靠的对齐自旋的双黑洞和(ii),GW 150914是一致的非偏心合并,虽然我们不能排除在参考频率为$20$ Hz的初始偏心率的小值。最后,我们提出了一个系统的方法来测量偏心率和它的演变直接从引力波后验样本。当比较来自不同分析的结果时,这种估计量是有用的,因为偏心率的定义在模型之间可能不同。我们的方案甚至可以应用在小偏心率的情况下,并且可以在后处理中直接采用,以允许模型之间的直接比较。
2023-01-30 gr-qc
Eccentricity estimation for five binary black hole mergers with higher-order gravitational wave modes
本文首次使用TEOBResumSGeneral模型估计LIGO/Virgo探测到的五例双黑洞并合事件的偏心率,发现分析结果不支持引入偏心率,但非零偏心率会使若干事件多个参数的后验分布发生轻微偏移。
2023-09-15 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
Extreme resonant eccentricity excitation of stars around merging black-hole binary
本文研究共面三体系统中恒星绕并合黑洞双星的动力学,发现共振平流可导致恒星轨道极端偏心率增长,并影响BHB硬化速率及产生可观测特征。
2024-06-07 astro-ph.HE gr-qc
A Rosetta Stone for eccentric gravitational waveform models
轨道偏心率是动力学双星黑洞形成的一个关键特征。合并中的双星发出的引力波包含了关于其轨道偏心率的信息,如果双星在合并附近保持足够的偏心率,就可以测量到这些信息。需要专用波形来测量偏心率。已经提出了几个模型,并显示出良好的协议与数值相关性在百分之几或更好的水平。然而,有多种方法来定义吸气系统的偏心率,并且不同的模型内部使用不同的偏心率定义,使得难以直接比较偏心率测量。在这项工作中,我们系统地比较了两个偏心波形模型,$\texttt{SEOBNRE}$和$\texttt{TEOBResumS}$,通过开发一个框架来转换不同的偏心率定义。在将一个模型的偏心率演化为与另一个模型相同的参考频率之前,通过最小化两个模型之间在偏心率和参考频率上的相对失配来构造该映射。我们表明,对于一个给定的偏心值传递到$\texttt{SEOBNRE}$,必须输入一个$20$ - $50\%$较小的偏心值到$\texttt{TEOBResumS}$,以获得具有相同的经验偏心波形。我们通过重复偏心数值相对论模拟的分析来验证这一映射,证明了$\texttt{TEOBResumS}$报告的偏心率值相应地比$\texttt{SEOBNRE}$小。
2022-07-28 astro-ph.HE gr-qc
Parameter Estimation for Low-Mass Eccentric Black Hole Binaries
本研究评估了参数估计管道RIFT在低质量双黑洞非自旋和自旋对齐情况下恢复轨道偏心率的能力,使用TaylorF2Ecc和TEOBResumS注入合成信号进行测试,为引力波信号中偏心率的检测与测量提供了重要见解。
2024-02-12 astro-ph.IM gr-qc
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
Spin-eccentricity interplay in merging binary black holes
本文采用后牛顿多时间尺度方法分析双黑洞旋进,揭示自旋进动与轨道偏心率的耦合效应,指出早期偏心演化会在自旋取向中留下记忆,同时残余偏心率会造成历史重建的系统误差。
2024-01-18 astro-ph.HE gr-qc
Effective chirp mass captures the inspiral frequency evolution of the non-spinning eccentric compact binary
含有黑洞的致密双星系统是先进的干涉型引力波探测器的主要来源。天体物理模型表明,在致密的恒星环境中,如球状星团和星系核中,具有明显的非零偏心率的双星系统的可能性有限。虽然大多数紧凑的二进制测量没有表现出明显的偏心率,约束的偏心率已被放置在少数检测到的事件。随着引力波探测器灵敏度的提高,偏心双星可能成为引力波窗口中的源。然而,高偏心值波形建模的挑战限制了偏心系统的搜索方法以及偏心的参数估计。波形独立的方法正在研究中。在这项工作中,我们证明了一个新的有效啁啾质量$\mathcal{M}_e$参数可以定义的非自旋偏心致密二元系统的动力学。我们得到的现象模型相同的低到中等偏心率值。一个直接的含义是它的应用程序中的未建模的搜索和作为另一个含义,我们证明了这个模型可以用来约束偏心率的非自旋偏心二进制在先进的检测器时代的波形模型无关的方式。
2021-12-06 gr-qc
Impact of eccentricity on the gravitational wave searches for binary black holes: High mass case
在致密恒星环境中通过动力学相互作用可能形成恒星质量的双星黑洞,这预示着在地面引力波探测器的频带内存在具有不可忽略的偏心率的双星;探测到具有可测量轨道偏心率的双星黑洞合并将验证这种形成通道的存在。目前在LIGO-Virgo数据的匹配滤波引力波搜索中使用的波形模板忽略了偏心率的影响,这预计会降低其检测偏心双星黑洞的效率。与此同时,相干未建模引力波搜索的灵敏度(对信号模型的假设最少)已被证明在很大程度上不受存在的甚至相当大的轨道偏心率的影响。在本文中,我们比较了两个国家的最先进的搜索算法最近使用的LIGO和处女座搜索二元黑洞在第二次观测运行(O2)的性能,量化搜索灵敏度注入数值相对论模拟的inspiral合并振铃偏心波形O2 LIGO数据。我们的研究结果表明,匹配滤波器搜索PyCBC性能优于未建模的搜索cWB的高啁啾质量($>20 M_{\odot}$)和低偏心率区域($e_{30 Hz} < 0.3$)的参数空间。另一方面,对于中等偏心率和低啁啾质量,未建模搜索比建模搜索更敏感。
2020-05-28 astro-ph.HE gr-qc
Space-based Gravitational Wave Observatories Will Be Able to Use Eccentricity to Unveil Stellar-mass Binary Black Hole Formation
本文构建首个含偏心率的天基引力波存档搜索模板库,证明其计算成本虽高但在未来天基天文台时期可行,可约束恒星级双黑洞形成通道。
2024-06-11 astro-ph.HE gr-qc
Reducing eccentricity in black-hole binary evolutions with initial parameters from post-Newtonian inspiral
黑洞双星演化的准圆轨道参数的标准选择导致了偏心内旋。我们介绍了一个概念上简单的方法,这是通过数百个轨道积分后牛顿运动方程,并读出的动量值在分离,我们希望开始一个完全广义相对论的数值演化。对于特定的情况下,非自旋等质量inspiral与初始坐标分离的$D = 11M$,我们表明,这种方法减少了至少五个因素的偏心率,以$e < 0.002$相比,使用标准的准圆初始参数。
2007-06-07 gr-qc
Analytic Modelling of Binary-Single Encounters: Non-Thermal Eccentricity Distribution and Gravitational-Wave Source Formation
混沌三体相互作用可能导致引力波的形成。在这里,通过将相遇建模为一系列紧密的、非分层的、三重的接近,散布着分层的阶段,其中系统由内部双星和绕其运行的恒星组成,我们计算了近心点概率分布,从而计算了任何给定的双星-单次相遇中的螺旋概率。然后,我们考虑的间接影响的人口的引力波源的二进制单遇到,通过改变偏心率分布的硬二进制的集群,我们计算这个分布分析,要求它是不变的相互作用下与单星。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Sky localization of gravitational waves from eccentric binaries
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata(印度科学教育研究学院加尔各答分校)
本文提出利用引力波观测中二体系统的偏心率改进天空定位,通过半贝叶斯技术优化定位算法,提升早期预警系统的定位精度。
2026-02-08 astro-ph.IM 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
Defining eccentricity for gravitational wave astronomy
针对广义相对论中偏心率无统一定义导致不同模型测量结果不兼容的问题,研究提出基于波形量的偏心率与平近点角标准化定义,公开了gw_eccentricity Python包,实现了不同模型偏心率测量的统一对比。
2023-11-09 astro-ph.HE 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
Improved Constraints on Modified Gravity with Eccentric Gravitational Waves
最近的引力波观测允许在极端重力状态下对广义相对论(GR)进行严格的新约束。虽然这些观测结果与没有轨道偏心率的致密双星一致,但一旦探测器达到其设计灵敏度,就可以观测到轻度偏心双星发射的引力波。本文以Jordan-Brans- Dicke-Fierz理论为例,研究了偏心率对修正引力理论中引力波约束的影响。利用定相近似和后圆近似(在小偏心率下的一种展开),我们首先构造了该理论中小偏心率致密双星旋入产生的频域引力波形的解析表达式。然后,我们计算我们的近似分析波形和偏心的数值模型(泰勒T4)之间的重叠,以确定前者的有效性(偏心率)的制度。有了这一点,我们进行了费舍尔分析,以确定精度,约旦-布朗-迪克-菲尔斯理论可以约束给定的未来偏心检测符合广义相对论。我们发现,理论上的约束最初恶化(由于偏心率和Brans-Dicke耦合参数之间的协方差),但随后它开始恢复,一旦偏心率大于约0.03。我们还发现,第三代地基探测器和天基探测器可以允许的限制,是一个数量级更严格的比目前的太阳系的界限。我们的研究结果表明,在修改后的重力与中等偏心率系统的波形应开发,以最大限度地提高理论物理,可以在未来提取。
2019-08-19 gr-qc
Effect of orbital eccentricity on the dynamics of precessing compact binaries
本文利用[M]中导出的基于有效势的形式研究了一般双黑洞在偏心轨道上的进动动力学。Kesden等人,PRL { \bf 114},081103(2015)]。这个有效势被用来将二元黑洞分为三种相互排斥的自旋形态。在螺旋阶段,双星从一种形态过渡到其他形态。利用后牛顿精确演化方程,研究了一个二元黑洞群体从初始分离的$1000\mathbf{M}$到最终分离的$10\mathbf{M}$的演化过程.我们发现,在适当的初始条件下,一个二进制的偏心率可以遵循三个不同的演化模式之一:(一)偏心率单调增加,直到最终分离,(二)偏心率上升后衰减到最小值,(三)偏心率单调减少整个inspiral。这种单调增长或达到某一最小偏心率后的增长是由于2 PN自旋-自旋耦合的作用。进一步,我们研究了偏心双星中的形态转变,发现这种双星从一个到另一个的转变概率与圆轨道中的相似,这意味着偏心率在进动双星黑洞的自旋形态演化中起着次主导作用.因此,我们认为,自旋进动动力学的形态分类是一个强大的工具,以限制形成通道的任意偏心率以及。
2019-10-22 astro-ph.HE 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
Binary Encounters With Supermassive Black Holes: Zero-Eccentricity LISA Events
目前对恒星质量致密天体与超大质量黑洞合并速率的模拟(称为极端质量比螺旋,或EMRI)集中在通过发射引力辐射进行的两体捕获。这类事件的引力波信号可能会在激光干涉仪空间天线(LISA)的灵敏度范围内产生显著的偏心率。我们表明,恒星质量的紧凑型物体双星的潮汐分离的超大质量黑洞,而不是产生事件的偏心率几乎为零的LISA带。与两体俘获事件相比,潮汐分离具有高的截面,并导致轨道具有大的近心和小的远心。因此,每个联星的相互作用率很高,所产生的系统不太可能被其他恒星扰动成接近径向的俯冲。根据在中心几个秒差距内的双星中的致密物体的比例,低偏心率LISA事件的发生率可能与高偏心率事件的发生率相当或更大。
2005-09-30 astro-ph 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
Simple procedures to reduce eccentricity of binary black hole simulations
我们提出了一个简单的过程来构造准圆形的初始数据的数值演化的二元黑洞时空。我们的方法包括使用后牛顿理论在三个方面:第一,提供一个初始的猜测在3.5PN的顺序,这意味着低剩余偏心率的初始动量,第二,测量由此产生的偏心率,第三,计算修正动量或初始分离,进一步减少偏心率。关于最初的猜测,我们比较后牛顿理论的数值演变后的圆形和后后圆分析近似准圆形数据。我们讨论了一个强大的拟合程序来测量偏心率的数值模拟使用的轨道频率,并从准开普勒参数化在1 PN阶的校正因子为切向和径向动量分量所需的实现减少测量偏心率为零。我们首先在容易获得低偏心初始数据的$3.5$ PN上积分PN运动方程,然后将我们的方法应用于不同质量比(q= 1,2,.)的二元黑洞的数值相对论模拟。8)、自旋构型和分离。我们的模拟集包含非自旋,自旋对齐和进动模拟。我们观察到,迭代过程产生低偏心模拟与偏心的顺序(10^{-4}),只有一个迭代。该过程的简单性允许容易地获得低偏心NR模拟并节省计算资源。此外,本文推导的PN解析公式对产生偏心混合波形也是有用的。
2020-04-12 gr-qc
Effect of eccentricity on binary neutron star searches in Advanced LIGO
双中子星(BNS)是激光干涉引力波天文台(LIGO)及其国际合作伙伴Virgo和KAGRA的主要引力波源。目前的BNS搜索目标场双星,其轨道将在其引力波进入15 Hz的高级LIGO敏感波段之前被辐射反应圆化。有人认为,一个人口的BNS可能形成的n体相互作用附近的超大质量黑洞或在球状星团,这些系统可能有不可忽略的偏心率在先进的LIGO波段。结果表明,对于总质量为2.4(6.0)太阳质量的BNS系统,偏心率e < 0.02(0.05)的影响可以忽略,对这类双星进行循环搜索是有效的。对于偏心率高达e = 0.4,我们调查的选择偏差所造成的忽略偏心率在BNS搜索。如果存在这样的高偏心率系统,那么在Advanced LIGO和Virgo中将需要专门针对偏心双星的搜索。
2013-06-07 astro-ph.HE 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
MatBYIB: A Matlab-based code for Bayesian inference of extreme mass-ratio inspiral binary with arbitrary eccentricity
针对引力波数据分析中极端质量比旋进双星(EMRI)轨道偏心率直接估计的缺失,开发了基于MATLAB的MatBYIB软件,采用AK波形和FIM、MCMC方法,可实现任意偏心率GW的参数估计并保证采样收敛。
2025-11-15 astro-ph.IM gr-qc hep-th
Lorentz-violating matter-gravity couplings in small-eccentricity binary pulsars
洛仑兹对称性是现代物理学中的一个重要概念。精确的脉冲星计时被用来对标准模型扩展(SME)中纯重力部分的洛伦兹破坏系数施加严格的约束。我们利用三个小偏心率的相对论性中子星(NS)-白矮星(WD)双星,将分析扩展到违反洛伦兹的物质-引力耦合。我们得到令人信服的限制各种SME系数有关的中子,质子和electron. These结果是互补的限制从月球激光测距和时钟实验。
2019-08-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational-wave phasing for low-eccentricity inspiralling compact binaries to 3PN order
虽然引力辐射会导致螺旋形的致密双星形成圆形,但各种天体物理学场景表明,当它们进入地面和空间引力波探测器的低频带时,双星可能具有小但不可忽略的轨道偏心率。如果不加以考虑,即使是很小的轨道偏心率也会在螺旋双星的质量参数中引起潜在的重大系统误差。引力波搜索模板通常依赖于准圆近似,其提供了3.5后牛顿(PN)阶的引力波相位的相对简单的表达式。准开普勒形式主义提供了一个优雅的,但复杂的描述后牛顿修正的轨道和波形的任何偏心率的吸气双星。在这里,我们专门的准开普勒形式主义的二进制低偏心率。在这个极限下,引力波相位的非周期性贡献可以明确地表示为频率或时间的简单函数,除了众所周知的圆双星公式外,几乎没有额外的复杂性。这些偏心相位校正计算到3PN阶和领先的标准PN近似的偏心率。对于各种各样的系统,这些偏心率校正会对扫过探测器频带的引力波周期数产生显著的校正。这是评估使用几种措施,包括修改的有用的周期。我们还评估了进入定相的周期项的作用,并讨论了它们如何可以被纳入到一些PN近似。虽然偏心扩展的PN近似是我们的主要目标,这项工作收集了各种结果,可能是其他人的兴趣建模偏心相对论性双星。
2016-06-29 astro-ph.HE gr-qc
Multipolar invariants and the eccentricity enhancement function parametrization of gravitational radiation
引力辐射可以被分解为辐射多极矩的无穷和,其在无穷远处参数化波形。多极后闵可夫斯基形式主义提供了这些多极和源多极矩之间的联系,称为物质源上的显式积分。然后将引力波能量、角动量和线动量通量表示为包含某些源矩组合的多极展开式。我们计算几个规范不变的量作为“积木”进入多极扩展的辐射能量和角动量在2.5后牛顿(PN)的准确性水平的情况下,双曲线运动,通过完成以前的研究,通过计算尾部效应的分数1PN顺序。我们表示这样的多极不变量在某些偏心增强因子函数,这是对应的众所周知的增强功能已经在文献中介绍的椭圆运动。最后,利用2. 5PN精确平均的能量和角动量通量,研究了引力辐射反应下轨道根数的绝热演化.
2022-04-17 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
Mapping eccentricity evolutions between numerical relativity and effective-one-body gravitational waveforms
本研究针对偏心率定义模糊导致测量不一致的问题,通过28组偏心双黑洞数值相对论模拟,开发了偏心率演化测量流程,实现了模拟数据与有效单体模型间的偏心率可靠映射,助力偏心波形模型精度提升。
2024-11-04 gr-qc
Detecting Supermassive Black Hole-Induced Binary Eccentricity Oscillations with LISA
星系核中的超大质量黑洞附近的恒星质量黑洞双星在引力扰动的作用下发生离心率振荡。以前的工作已经表明,这个通道可以有助于整体BHB合并率检测的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和处女座干涉仪。值得注意的是,双星轨道上的SMBH引力扰动可能会产生偏心BHB,预计在它们合并到LIGO/Virgo波段之前,使用即将到来的激光干涉仪空间天线(LISA)在其寿命的大部分时间内都可以看到这些BHB。对于一个概念验证,我们表明,这些二进制的偏心率振荡可以检测到与LISA的BHB在本地宇宙中的几个Mpcs,观察周期短于任务的寿命,从而解开这个合并通道从其他。这里提出的方法是直接适用于各种各样的紧凑对象二进制与第三同伴。
2019-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Resolving the eccentricity of stellar mass binary black holes with next generation ground-based gravitational wave detectors
本文评估Voyager、CE和ET下一代地面引力波探测器对恒星级双黑洞偏心率的分辨能力,量化了可测非零偏心率的比例及最低偏心率阈值。
2024-01-23 astro-ph.HE gr-qc
Post-Newtonian theory-inspired framework for characterizing eccentricity in gravitational waveforms
Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所);Theoretical AstroPhysics Including Relativity and Cosmology, California Institute of Technology(加州理工学院理论天体物理学(含相对论与宇宙学));Department of Physics, University of California at Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校物理系);International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究院国际理论科学中心)
提出一种基于后牛顿理论的框架,利用引力波球谐模的调制特征一致地表征非旋进偏心双黑洞合并的偏心率,并验证其与数值相对论模拟的平滑连接。
2026-06-23 gr-qc
Data Analysis Implications of Moderately Eccentric Gravitational Waves
虽然预期地面探测器可观测到的大多数引力波事件将是由准圆形轨道上的致密双星发射的,但越来越多的探测表明,在不久的将来有可能从轨道偏心率不可忽略的双星中探测到引力波。一些引力波模型包含了小轨道偏心率($e \lesssim 0.2$)的影响,但这些模型可能不足以分析中等偏心率系统的波。我们最近开发了一个引力波模型,忠实地占偏心修正在中等偏心率制度($e \lesssim 0.8$为某些源质量)在第三后牛顿秩序。在这里,我们认为数据分析的影响,这个特定的波形模型,通过生产和分析后验通过马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们发现,偏心率和源质量可以测量的精度可以增加2个数量级的偏心率的信号。我们还发现,低偏心率的信号可以确信地确定为偏心,只要他们的偏心率超过0.008(0.05)的低(高)质量系统,这表明偏心检测很可能首先来自低质量系统。我们完成了我们的分析,通过调查我们的后牛顿模型中固有的系统(错误建模)误差,发现对于信噪比为15的信号,系统误差低于低(高)质量系统高达0.8(0.5)的偏心率的统计误差。我们还调查了系统误差,所产生的使用模型,忽略偏心时的信号是真正的偏心,发现系统误差超过统计误差的偏心小至0.02的质量。
2019-10-03 gr-qc
Residual eccentricity of inspiralling orbits at the gravitational-wave detection threshold: Accurate estimates using post-Newtonian theory
我们使用包含引力辐射反应项的运动方程,通过4.5后牛顿阶来计算非自旋致密天体的吸气双星系统的晚时偏心率,因为它们越过了地基引力波干涉仪的检测阈值。初始偏心率可以大到0.999。我们发现,最终的偏心率是系统小于领先的四极近似预测的,由高达30%的300太阳质量的二进制跨越LIGO/处女座检测阈值在10赫兹,或百分之八小60太阳质量的二进制。我们找到了一个精确解释高阶后牛顿效应的晚期偏心率的解析公式,推广了Peters和Mathews在20世纪60年代得出的公式。我们还发现,最终的偏心率是独立的两个致密体的质量比优于百分之二。
2021-11-15 gr-qc
The Effect of Orbital Eccentricity on Gravitational Wave Background Radiation from Supermassive Black Hole Binaries
在偏心轨道上的致密双星辐射的引力波(GW)的轨道频率的所有整数谐波。本文研究了轨道偏心率对星系核中超大质量黑洞双星引力背景辐射的影响。为此,我们制定了一个功率谱的GWBR从宇宙学演化的偏心双星。然后,我们将这个公式应用到SMBH二进制的GWBR的情况下。这样做的关键是正确估计合并SMBH二进制文件的数密度。在这项研究中,我们使用一个半解析模型的星系和SMBH的形成。我们发现,GWBR从SMBH二进制的偏心轨道上的频率$f \lesssim 1~{\rm nHz}$的抑制,如果初始偏心率,$e_0$,满足$e_0 > 0.2$和初始半长轴是300倍的Scwarzschild半径。我们的模型预测,虽然功率谱的整体形状和振幅强烈依赖于星系形成的过程,但双星的偏心率会影响低频功率谱的形状,即,$f \lesssim 1~{\rm nHz}$。脉冲星定时测量,可以检测GW在这个频率范围内,可以限制偏心率的影响,从SMBH二进制的GWBR的功率谱。
2007-02-23 astro-ph gr-qc
Misinterpreting spin precession as orbital eccentricity in gravitational-wave signals
Weinberg Institute, University of Texas at Austin(韦恩伯格研究所,德克萨斯大学奥斯汀分校);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Sezione di Torino(意大利国家核物理研究所 - 都灵分部)
本文研究了引力波信号中自旋进动与偏心率的退相干问题,发现两者存在高度局部化的退相干效应,并对信号长度和倾角敏感。
2026-09-22 gr-qc
Eccentricity reduction of binary neutron star initial data with the entropy based flux limiting scheme
本文将EFL方案从双中子星动力学演化扩展到降偏心率初始数据构建,并通过新BNS模拟首次实现引力波相位最优五阶收敛。
2025-03-17 astro-ph.HE gr-qc
Systematic bias due to eccentricity in parameter estimation for merging binary neutron stars
研究了偏心率对双星系统引力波参数估计的影响。对于注入到先进的LIGO灵敏度的小偏心率的信号,我们使用圆形波形模型进行贝叶斯参数估计,并显示如何恢复的参数可以偏离其真实值,专注于内在参数的啁啾质量($M_c$),对称质量比($η$),和潮汐变形性($\tildeλ$)。通过比较贝叶斯方法和解析Fisher-Cutler-Vallisneri(FCV)方法的结果,得到了FCV方法的有效性准则。利用FCV方法,利用实际分布在$m_1$ - $m_2$ - $e_0$空间的双星源总体,计算了测量误差($σ_θ$)和系统偏差($Δθ/σ_θ$),得到了它们在$0 \leq e_0 \leq 0.025$范围内的广义分布。我们发现,对于所有的三个参数,随着增加的$e_0$的偏差增加,这种增加是更快的$e_0$。偏置主要取决于$e_0$的值,而对组分质量的依赖性较弱,因此分布在$e_0$ - $Δθ/σ_θ$平面中显示窄带。我们提出了各种后验的例子来说明我们的新发现,如双峰后验。特别是,我们给出了一个具体的注入回收的例子来证明包括偏心率参数估计,以避免不正确的预测的中子星状态方程的重要性。
2022-06-10 gr-qc