A First Investigation of Repeated-Signal Localization of Strongly Lensed Gravitational Waves for Multimessenger Astronomy
RESCEU, The University of Tokyo（东京大学）；Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
研究通过结合多个重力透镜图像提高引力波天空定位精度，发现两图像组合可使定位区域缩小至10度平方量级，进一步提升多信使天文观测能力。
2026-04-17 astro-ph.IM gr-qc
Neutrino masses and ordering via multimessenger astronomy
我们定义的理论框架和推导的条件下，多信使天文学可以提供有用的信息中微子质量和它们的顺序。该框架使用中微子和其他光信使（即引力子）到达之间的时间差，这些光信使在天体物理灾难中发射。我们还提供了一个初步的可行性研究，阐明实验范围和挑战计划中微子探测器，如超神冈以及未来的几个百万吨级探测器。这项研究表明，未来的实验可能是有用的，在独立测试绝对中微子质量的宇宙学界限。具体地说，这种测量的成功关键取决于天体物理事件的可用率，并且除了所主张的需要兆吨级探测器之外，还需要开发高分辨率计时。
2016-09-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ex
Developing Tools for Multimessenger Gravitational Wave Astronomy
我们目前正在进行的工作，工艺开源的数值工具，将使电磁对应的重力波形的计算：{ \tt GiRaFFE}（广义相对论力-无力电动力学）代码。{ \tt GiRaFFE}在无力极限下数值求解广义相对论磁流体动力学方程组，模拟致密双星周围的磁层，以便（1）表征源与其周围磁层之间的非线性相互作用，以及（2）评估引力波的电磁对应物，包括准直喷流的产生。我们将该代码应用于各种配置的自旋黑洞沉浸在外部磁场中，为了测试我们的实施，并探讨强引力场，高自旋和磁场线之间的不对准的黑洞自旋，电磁输出和坡印亭喷流的准直的效果。我们将把我们的工作扩展到沉浸在外部磁场中的黑洞碰撞，这是在引力谱和电磁谱中进行重合探测的主要候选者。
2019-01-22 astro-ph.HE gr-qc
Constraining the effective field theory of dark energy with multimessenger astronomy
本文推导引力波速度红移演化与引力波-电磁波时间延迟及光度距离比的关系，并利用 GW170817 约束暗能量 EFT。
2025-05-14 astro-ph.CO gr-qc
Multimessenger astronomy with a kHz-band gravitational-wave observatory
拟议中的下一代引力波观测站网络包括专门针对中子星科学的千赫兹仪器，例如拟议中的中子星极端物质观测站NEMO。NEMO最初的提议强调了它需要存在于引力波观测站网络中，以确保探测的可信度和源的天空定位。我们表明，NEMO一样的天文台有显着的实用性，对自己的重合电磁观测可以提供检测的意义和天空定位。我们表明，使用一个类似NEMO的探测器和预计在21世纪20年代末和21世纪30年代初的电磁观测站，如Vera C。鲁宾天文台和SVOM，大约$40\%$的所有双中子星合并检测的引力波可以确信地确定为符合多信使检测。我们表明，我们预计$2^{+10}_{-1}\rm{yr}^{-1}$符合观测的引力波合并与伽玛射线暴即时发射，$13^{+23}_{-10}\rm{yr}^{-1}$检测与kilonova观测，和$4^{+18}_{-3}\rm{yr}^{-1}$与宽带余辉和kilonovae，其中的不确定性是$90\%$置信区间所产生的不确定性，在目前的合并率估计。结合起来，这意味着$14^{+25}_{-11}\rm{yr}^{-1}$与$300\rm{Mpc}$的检出率一致。这些数字表明，在没有其他引力波观测站组成的全球网络的情况下，单个千赫引力波探测器具有重大的科学潜力。
2022-02-18 astro-ph.HE gr-qc
Colloquium: Multimessenger astronomy with continuous gravitational waves and future detectors
University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）
本讲座探讨利用连续引力波与未来探测器进行多信使天文观测的可能性及科学意义。
2026-01-02 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave astrophysics, data analysis and multimessenger astronomy
本文综述了引力波源及其探测。引力波最令人兴奋的潜在来源之一是合并的双黑洞系统。它们可以发生在所有的质量尺度上，并以多种方式形成，其中许多还不为人所知。它们在电磁波中通常是不可见的，它们为深入研究爱因斯坦的广义相对论提供了机会。本文的第一节考虑了双黑洞在宇宙中产生的方式，并预测双黑洞合并事件可能是第一个被探测到的引力波源。本文的下一部分解决了从噪声数据中的聚结事件检测啁啾波形。这种分析是计算密集型的。第2节介绍了一种基于GPU实现的求和并行无限脉冲响应滤波器的新的强大的信号检测方法。这种滤波器本质上是实时算法，可以用于快速检测和定位信号。论文的第3节回顾了使用GPU处理器快速搜索黑洞诞生和合并可能产生的引力波爆发。在第4节中，使用GPU处理器，使快速有效的统计显着性测试的引力波事件的候选人进行审查。本文第5节讨论了多信使天文学的方法，其中引力波事件的电磁对应物的发现可用于识别源、了解其性质并从每个已识别的事件中获得更大的科学成果。
2016-02-17 astro-ph.IM cs.DC gr-qc
HEALPix Alchemy: Fast All-Sky Geometry and Image Arithmetic in a Relational Database for Multimessenger Astronomy Brokers
有效地搜索电磁对应物的引力波，高能中微子，和伽马射线暴事件需要快速处理的图像算法和几何设置操作的数据库中交叉匹配的星系目录，观测足迹，和全天图像。在这里，我们介绍HEALPix Alchemy，这是一个开源的纯Python实现，它实现了一组方法，可以快速进行全天几何计算。HEALPix Alchemy是建立在HEALPix基础上的，HEALPix是一种空间索引策略，广泛用于天文数据库以及LIGO-Virgo-KAGRA引力波天空定位地图的本地格式。我们的方法利用了PostgreSQL 14数据库引擎中内置的新多范围类型。这使得快速全天空查询对概率多信使事件定位和望远镜调查足迹。例如“事件90%可信区域内包含哪些星系？”以及“在观测足迹内，包含事件的概率最高的字段的等级排序列表是什么？““可以在商品硬件上使用现成的云管理数据库实现在几秒钟内执行，而无需服务器端数据库扩展。常见的查询与望远镜指向的数量大致呈线性关系。随着字段的数量增长到数百或数千，HEALPix Alchemy比其他实现快了几个数量级。HEALPix Alchemy现在被用作SkyPortal中的空间几何引擎，它构成了Zwicky Transient Facility瞬态元帅（称为Fritz）的基础。
2022-04-27 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Testing the strong equivalence principle with multimessenger binary neutron star mergers
Chongqing University（重庆大学）；National Microgravity Laboratory, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所微重力实验室）；Peking University（北京大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Zhengzhou University（郑州大学）
利用GW170817和电磁观测数据，通过贝叶斯分析检验引力常数G的时变性，获得最严格的约束结果，展示多信使天文学在相对论 regime 中检验强等效原理的能力。
2026-09-22 gr-qc
Multimessenger consistency relations bridging gravitational wave and large scale structure observations
本研究针对Horndeski理论推导了多信使一致性关系，建立引力波与大尺度结构可观测量的无参数化关联，可用于修改引力的模型无关检验及有效引力常数的独立探测。
2025-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Challenges Ahead for Multimessenger Analyses of Gravitational Waves and Kilonova: a Case Study on GW190425
近年来，由于发现了第一个也是迄今为止唯一被证实的引力波事件与同步电磁（EM）事件，以及数值模拟、引力波（GW）探测器和瞬态天文学的改进，多信使天文学取得了重大进展。这导致了令人兴奋的可能性，执行联合分析的GW和EM数据，提供额外的约束的基本属性的二元祖和合并残余。在这里，我们提出了一个新的贝叶斯框架，允许推断这些属性，同时考虑到系统建模的不确定性，从GW二进制祖属性映射到光度光变曲线时出现的。我们扩展了Zackay等人（2018）提出的相对分箱方法，以包括外部GW参数，用于GW信号的快速分析。我们的EM框架的重点是光变曲线所产生的r-过程的核合成在合并过程中和合并后，所谓的kilonova，特别是在黑洞-中子星系统的喷射材料。作为一个案例研究，我们研究了最近发现的GW 190425，其中的主要对象是一致的，无论是黑洞（BH）或中子星（NS）。我们定量地展示了如何改进二进制祖先和流出属性之间的映射，和/或EM数据的数量和质量的增加，以打破退化的基本源参数。
2021-02-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A geometric multimessenger consistency test of radiative and near-zone gravity with LISA and SKA
Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics (IUCAA)（大学间天文学与天体物理中心）
提出利用射电定时和引力波信号中的轨道倾角测量进行多信使一致性检验，定义残差ε，估计LISA-SKA双星脉冲星的测量精度，验证广义相对论。
2026-06-26 astro-ph.HE gr-qc
Multimessenger Binary Mergers Containing Neutron Stars: Gravitational Waves, Jets, and $\boldsymbolγ$-Ray Bursts
中子星（NS）是非凡的，不仅因为它们是可见宇宙中物质的致密形式，还因为它们可以产生比目前地球上构造的B场大十个数量级的B场。极端引力与巨大电磁场的结合产生了壮观的现象，如2017年8月观测到的双星中子星（NSNS）系统合并，这是一个产生引力波（GW）信号的事件，一个短的$γ$射线爆发（sGRB）和一个千诺瓦。这一事件是迄今为止多信使天文学时代的亮点。在这篇评论中，我们目前的状态，我们的理论理解紧凑的二元合并包含NS收集从最新的广义相对论磁流体动力学模拟。这样的合并可能会导致像2017年8月的GW 170817及其EM对应物GRB 170817和AT 2017 gfo这样的事件。除了研究双星黑洞-中子星和NSNS合并的GW辐射外，我们还研究了它们对应的EM信号。特别是，我们感兴趣的是确定条件下，相对论性喷流可以推出这些合并。这样的喷流是大多数sGRB模型的基本特征，并提供了从中心物体到外部辐射区域的能量的主要管道。喷注的性质，包括它们的寿命和坡印廷光度，初始的B-场的几何形状和自旋的合并NS的影响，以及它们的控制状态方程，进行了讨论。最后，我们提出了我们目前的理解如何布兰德福德Znajek机制产生合并残留物作为触发发射喷气机，如果，何时以及如何地平线是必要的，这种机制，以及它可以打开磁化中子ergostars，其中包含ergoregions，但没有地平线的可能性。
2021-04-08 astro-ph.HE gr-qc
Multidisciplinary Science in the Multimessenger Era
本白皮书探讨了多信使时代下，爆炸性暂现源等多学科交叉研究的需求，概述了时域与多信使天体物理学在探测极端物理现象中的关键作用及未来发展方向。
2025-04-03 astro-ph.HE gr-qc nucl-ex
Deep Neural Networks to Enable Real-time Multimessenger Astrophysics
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；NCSA（美国国家超级计算应用中心）
引力波天文学引发了一场科学革命。为了进一步提高这一新兴领域的科学影响力，迫切需要增加引力波算法的深度和速度，这些算法使这些突破性的发现成为可能。为了促进这一努力，我们引入了深度滤波，这是一种用于端到端时间序列信号处理的新的高度可扩展方法，基于两个深度卷积神经网络的系统，我们设计用于分类和回归，以快速检测和估计高噪声时间序列数据流中的信号参数。我们展示了一种新的训练方案，逐渐增加的噪声水平，以及两个网络之间的迁移学习过程。我们展示了这种方法的应用程序的检测和参数估计的引力波从二元黑洞合并。我们的研究结果表明，深度过滤显著优于传统的机器学习技术，与匹配过滤相比，实现了类似的性能，同时速度快了几个数量级，从而允许以最少的资源实时处理原始大数据。更重要的是，深度滤波扩展了地面引力波探测器可以探测到的引力波信号的范围。该框架利用人工智能算法和新兴硬件架构的最新进展，例如深度学习优化的GPU，以促进对引力波源及其电磁和天体粒子对应物的实时搜索。
2017-11-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Multimessenger hierarchical triple merger gravitational-wave event pair GW190514-GW190521 inside AGN J124942.3 + 344929
本文利用贝叶斯判据分析 GW190514 与 GW190521 的关联，发现其作为 AGN 内与 ZTF19abanrhr 相关的分层三合并事件得到强证据支持，为多信使天文学和黑洞形成机制提供重要线索。
2025-05-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Multi-band gravitational-wave astronomy: parameter estimation and tests of general relativity with space and ground-based detectors
随着黑洞双星GW150914的发现，引力波天文学的时代已经开始。最近的研究表明，质量与GW 150914相当或更高的BBH在最终合并到地基探测器的波段之前几年将在eLISA波段中可见。这将允许合并前的电磁警报，大大增加了联合检测的机会，如果BBH确实在电磁波段发光。在本文中，我们探讨了一个完全不同的方面的多波段GW天文学，并验证是否，以及在何种程度上，测量质量和天空位置与eLISA可以改善参数估计和测试的广义相对论与地面探测器。我们生成一个目录的200 BBH，并发现有先验信息从eLISA可以减少源距离和主黑洞自旋的测量的不确定性高达2倍，在地基GW探测器。eLISA的分量估计不会被地面探测器精确化，而联合分析将产生新形成的黑洞的精确特征，并改善广义相对论的一致性测试。
2016-06-14 gr-qc
The missing link in gravitational-wave astronomy: A summary of discoveries waiting in the decihertz range
自2015年以来，LIGO和Virgo的引力波观测改变了我们对致密天体双星的理解。在未来的几年里，地面引力波天文台，如LIGO、Virgo及其后继者将提高灵敏度，发现数千颗恒星质量的双星。在21世纪30年代，基于空间的LISA将提供对大质量黑洞双星的引力波观测。在地面观测站的$\sim 10$ - $10^3~\mathrm{Hz}$波段和LISA的$\sim10^{-4}$ - $10^{-1}~\mathrm{Hz}$波段之间，有一个未知的分赫兹引力波波段。我们建议建立一个分赫兹天文台来研究这个频率范围，并补充其他探测器的观测结果。分赫兹天文台非常适合观测中等质量（$\sim10^2$ - $10^4 M_\odot$）黑洞;它们将能够在恒星质量的双星合并前几天到几年探测到它们，为附近的双星中子星合并提供早期预警，并测量双星黑洞的偏心率，它们将使广义相对论和粒子物理学的标准模型成为可能。在这里，我们总结了一个德赫天文台可以提供独特的见解如何黑洞的形成和演变跨越宇宙时间，改善多信使天文学和多波段引力波天文学的前景，并使新的重力，粒子物理学和宇宙学的探测。
2021-04-29 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Probing Cosmic Strings via Black Hole Quasinormal Modes in Gravitational Wave Astronomy
Dr. Vishwanath Karad MIT World Peace University（Vishwanath Karad MIT 世界和平大学）
通过分析黑洞quasinormal模式谱，提出利用引力波探测宇宙弦的新方法，确定扰动强度下限并提供反向估计弦能量或电荷的途径。
2025-12-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
New probe of gravity: strongly lensed gravitational wave multi-messenger approach
星系的强引力透镜为我们提供了一个独特的机会来了解银河系和河外尺度上的引力性质。本文提出了一种新的多信使方法，利用引力波（GW）和相应的电磁波（EM）的数据来推断修正引力（MG）理论的尺度依赖唯象参数所表示的约束。为了证明这种方法的鲁棒性，我们计算的时间延迟预测，通过选择不同的值的唯象参数，然后将它们与广义相对论（GR）。对于第三代地面GW观测站，在一个典型的强透镜GW+EM事件下，假设恒星速度色散的主导误差为5%，GW时延数据可以分辨出几十千秒差距尺度上的18% MG效应，置信水平为$68\%$。在广义相对论和奇异等温球质量模型的假设下，时间延迟与成像数据之间存在一种简化的一致性关系。该关系式不需要速度弥散测量，因此可以避免较大的不确定性。通过使用这种关系，多信使方法能够区分$8\%$ MG效应。我们的研究结果表明，GW多信使方法可以发挥重要作用，揭示银河系和河外尺度上的引力的性质。
2020-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Missing Link in Gravitational-Wave Astronomy: Discoveries waiting in the decihertz range
引力波天文学革命始于2015年，LIGO观测到两个恒星质量黑洞的合并。在未来的几十年里，像LIGO这样的地面探测器将扩大其探测范围，发现数千个恒星质量的双星。在21世纪30年代，天基LISA将能够对银河系中心的大质量黑洞进行引力波观测。在LISA和地面观测站之间，有一个未被探索的分赫兹引力波频段。在这里，我们提出了一个分赫兹天文台来覆盖这个波段，并补充其他引力波天文台的观测结果。分赫兹波段特别适合观测中等质量（$\sim 10^2$ - $10^4 M_\odot$）黑洞，这可能构成恒星质量和大质量黑洞之间缺失的一环，为测量它们的性质提供了一个独特的机会。分赫兹观测将能够在恒星质量的双星合并并被地面探测器观测到之前几天到几年探测到它们，为附近的双星中子星合并提供早期预警，并能够测量双星黑洞的偏心率，为它们的形成提供揭示性的见解。观测分赫兹引力波也为在新的实验室中测试基础物理学提供了可能性，允许对粒子物理学的广义相对论和标准模型进行独特的测试。总的来说，德赫天文台将回答有关黑洞如何在宇宙时间内形成和演化的关键问题，为多信使天文学开辟新的途径，并推进我们对引力，粒子物理学和宇宙学的理解。
2020-07-27 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Astrophysical signal consistency test adapted for gravitational-wave transient searches
引力波天文学是在LIGO和Virgo探测器的第一次和第二次观测运行中直接观测到并合双黑洞和双中子星产生的引力波而建立的。引力波瞬变搜索主要分为模型化搜索和模型无关搜索两大类。模型化的搜索是基于匹配滤波技术和模型无关的搜索是基于从时间-频率表示的过量功率的提取。我们提出了一种混合方法，称为波形图，混合了这两种方法。它使用数学图形在模型独立搜索的提取阶段使用天体物理信息。在这项工作中，我们评估了在真实的LIGO和Virgo噪声（第六次科学运行和第一次观察运行）中的波形图聚类的性能，并使用相干WaveBurst瞬态搜索作为骨干。此外，我们提出了一个新的信号一致性测试，该算法。该测试使用振幅剖面信息来区分引力波瞬变与噪声毛刺。该测试能够消除大部分的大声故障，从而导致在低质量范围内搜索二元黑洞合并的背景下的额外的整体灵敏度。
2019-12-23 gr-qc
Detecting electromagnetic counterparts to LIGO/Virgo/KAGRA gravitational wave events with DECam: Neutron Star Mergers
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；University of Ferrara（费拉拉大学）；INFN, Sezione di Ferrara（意大利国家核物理研究所费拉拉分部）；INAF, Osservatorio Astronomico d’Abruzzo（意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台）；Universität Potsdam（波茨坦大学）；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））；Utrecht University（乌得勒支大学）；Nikhef（荷兰国家核物理与粒子物理研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）
利用DECam检测LIGO/Virgo/KAGRA引力波事件的电磁对应物，通过模拟中子星并合事件预测千新星的检测率及超大质量中子星残骸的形成比例。
2026-01-13 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave observations, distance measurement uncertainties, and cosmology
由致密双星合并产生的引力波，以及伴随的电磁波，是宇宙学模型的理想探测器。正如GW 170817所展示的那样，这种多信使观测允许人们使用该源作为标准警报器，类似于传统天文学中的标准蜡烛，以测量宇宙学参数，如哈勃常数。从探测到的引力波来估计源光度距离不需要宇宙学阶梯。光度距离的误差在哈勃常数的推导中起着决定性的作用。本文给出了由引力波资料推求的光度距离的统计误差随天空位置和探测器网络变化的解析表达式。特别是，我们考虑到退化的引力波形的参数空间中示出，在某些条件下的引力波探测器网络和源天空的位置，它可能是不可能的，以估计源的光度距离。我们的解析近似值与贝叶斯采样器和模拟数据测量的不确定性有很好的一致性。我们还提出了哈勃常数的估计误差的影响。
2019-09-27 astro-ph.CO gr-qc
Consistent eccentricities for gravitational wave astronomy: Resolving discrepancies between astrophysical simulations and waveform models
本文揭示了天体物理模拟与引力波波形模型中偏心率定义因参考频率不同而不一致的问题，提出基于后牛顿理论和主导模式频率的统一计算方案，并发现高偏心率下存在显著差异，呼吁比较时需谨慎。
2024-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Testing General Relativity with Gravitational Waves: An Overview
地面探测器对致密双星合并产生的引力波信号的探测开启了引力波天文学的新纪元。这些观测提供了在强场状态下检验爱因斯坦广义相对论的机会。在这里，我们给出了一个简短的概述，各种GW为基础的测试广义相对论（GR）的LIGO-Virgo合作检测GW事件的日期。在提供了四类测试的详细信息后，我们讨论了未来GW探测器的背景下，每个测试的前景。这四类测试包括一致性测试、GW生成和传播的参数化测试、合并残余属性测试和GW极化测试。
2022-01-14 gr-qc
Testing the consistency of gravitational waves and large scale structure constraints on dark energy
ICRANet（国际相对论天体物理中心）
本文通过比较大尺度结构观测和引力波事件（含电磁对应体）的约束，验证了暗能量有效场论中一致性关系的可靠性，并展示了其在高红移处估计有效引力耦合的能力。
2026-05-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
