Physics and Astrophysics of Compact Binaries

致密双星的物理学和天体物理学

基本信息

  • 批准号:
    1912550
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-05-15 至 2022-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The principal objective of this award is to exploit gravitational-wave observations to gain a deeper understanding of gravity and compact objects. Its long-term goals are: (1) to maximize the scientific payoff from gravitational-wave observations: what can we learn about fundamental gravitational physics, and how will compact binary detections contribute to our understanding of the Universe? (2) to improve our theoretical understanding of compact objects, whether isolated or in binaries, in general relativity and in modified theories of gravity. With the expected increase in volume coverage of LIGO/Virgo and the operation of KAGRA in Japan, this work is timely, geared at enhancing the scope of the physics and astrophysics enabled by ground-based interferometers. The project will train a student in a highly interdisciplinary field that requires expertise in general relativity, astrophysics, data analysis and high-energy physics. The PI's newly established group at Johns Hopkins University (JHU) in Baltimore has long-standing collaborations with groups in the US and in the EU. This network of collaborations will ensure that the student funded by this project will be trained in a vibrant international environment. A key goal of the project is to strengthen collaborations between the gravitational physics community and the larger physics and astrophysics communities at a crucial time for the nascent field of gravitational-wave astronomy. JHU has formal collaborations with the Space Telescope Science Institute (STScI) and NASA Goddard (GSFC) and it is home to many world-leading experts in cosmology and astrophysics, so this task will benefit enormously from the group's daily interactions with JHU faculty and STScI astronomers. The PI has a strong track record of training students and postdocs who developed into leading experts working at the interface of these different fields.The first gravitational-wave detections by the LIGO/Virgo collaboration were a major milestone. Large financial resources have been invested in detector design and in compact binary detection templates, but for gravitational-wave science to make even more groundbreaking contributions we must be able to go beyond detections, extracting fundamental physics from the strong-gravity dynamics of the sources. The PI will investigate the structure and dynamics of compact objects in general relativity and in some well-motivated modified theories of gravity. The theoretical insight gained from these investigations will be used to devise a parametrized, theory-agnostic gravitational-wave data analysis framework to quantify dynamical deviations from general relativity for compact binary mergers in the strong-field regime. To address this problem, the PI's group will adopt the following strategy: (1) identify the simplest, best-motivated modified theories of gravity and physics beyond the Standard Model that would produce black hole spacetimes and/or binary black hole gravitational waveforms that differ from general relativity; (2) compute the corresponding black hole solutions and (whenever possible) the gravitational waves emitted during binary merger and ringdown using a combination of perturbation theory and/or numerical relativity; (3) use these results to learn lessons on how to parametrize strong-field deviations from general relativity in a theory-agnostic way, and implement these parametrizations in gravitational-wave data analysis.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项的主要目的是利用引力波观测来更深入地了解引力和致密物体。其长期目标是:(1)最大限度地提高引力波观测的科学回报:我们可以从基础引力物理学中学到什么,紧凑的双星探测将如何有助于我们对宇宙的理解?(2)提高我们对致密物体的理论理解,无论是孤立的还是双星,在广义相对论和修正的引力理论中。随着LIGO/Virgo的体积覆盖范围的预期增加以及KAGRA在日本的运行,这项工作是及时的,旨在扩大地面干涉仪所能实现的物理学和天体物理学的范围。该项目将培养一个高度跨学科领域的学生,该领域需要广义相对论,天体物理学,数据分析和高能物理学方面的专业知识。PI在巴尔的摩的约翰霍普金斯大学(JHU)新成立的小组与美国和欧盟的小组有着长期的合作关系。这个合作网络将确保该项目资助的学生将在充满活力的国际环境中接受培训。该项目的一个关键目标是在引力波天文学这一新生领域的关键时刻加强引力物理学界与更大的物理学和天体物理学界之间的合作。JHU与太空望远镜科学研究所(STScI)和美国宇航局戈达德(GSFC)有正式的合作关系,它是宇宙学和天体物理学领域许多世界领先专家的家园,因此这项任务将极大地受益于该小组与JHU教师和STScI天文学家的日常互动。PI在培养学生和博士后方面有着良好的记录,这些学生和博士后发展成为这些不同领域的领先专家。LIGO/Virgo合作的第一次引力波探测是一个重要的里程碑。大量的财政资源已经投入到探测器设计和紧凑的二进制探测模板中,但是为了使引力波科学做出更开创性的贡献,我们必须能够超越探测,从源的强引力动力学中提取基础物理。PI将研究广义相对论和一些动机良好的引力修正理论中紧凑物体的结构和动力学。从这些调查中获得的理论见解将被用来设计一个参数化的,理论不可知的引力波数据分析框架,以量化强场制度中的紧凑的二元合并从广义相对论的动力学偏差。为了解决这个问题,PI的团队将采取以下策略:(1)确定最简单,最有动机的标准模型之外的引力和物理学修正理论,这些理论将产生不同于广义相对论的黑洞时空和/或二元黑洞引力波形;(2)计算相应的黑洞解,(只要可能)结合微扰理论和/或数值相对论,在双星合并和衰荡期间发射的引力波;(3)利用这些结果,学习如何以理论不可知的方式参数化强场偏离广义相对论,并将这些参数化应用于引力波数据分析。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Machine-learning interpolation of population-synthesis simulations to interpret gravitational-wave observations: A case study
群体综合模拟的机器学习插值来解释引力波观测:案例研究
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.083015
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wong, Kaze W. K.;Gerosa, Davide
  • 通讯作者:
    Gerosa, Davide
Convergence of Fourier-domain templates for inspiraling eccentric compact binaries
激励偏心致密双星的傅里叶域模板的收敛性
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.064006
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Tanay, Sashwat;Klein, Antoine;Berti, Emanuele;Nishizawa, Atsushi
  • 通讯作者:
    Nishizawa, Atsushi
Instability in Black Hole Vibrational Spectra
黑洞振动光谱的不稳定性
  • DOI:
    10.1103/physics.14.91
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Berti, Emanuele
  • 通讯作者:
    Berti, Emanuele
Post-Newtonian dynamics and black hole thermodynamics in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet gravity
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.104061
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    F. Juli'e;E. Berti
  • 通讯作者:
    F. Juli'e;E. Berti
Parametrized black hole quasinormal ringdown. II. Coupled equations and quadratic corrections for nonrotating black holes
参数化黑洞拟正规振铃。
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.044061
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    McManus, Ryan;Berti, Emanuele;Macedo, Caio F. B.;Kimura, Masashi;Maselli, Andrea;Cardoso, Vitor
  • 通讯作者:
    Cardoso, Vitor
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Emanuele Berti其他文献

Aligned spin neutron star-black hole mergers: A gravitational waveform amplitude model
对齐的自旋中子星-黑洞合并:引力波形振幅模型
  • DOI:
    10.1103/physrevd.92.084050
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Francesco Pannarale;Emanuele Berti;Koutarou Kyutoku;Benjamin D. Lackey;Masaru Shibata
  • 通讯作者:
    Masaru Shibata
New horizons for fundamental physics with LISA
  • DOI:
    10.1007/s41114-022-00036-9
  • 发表时间:
    2022-06-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Miguel Zumalacárregui
Nonlinear quasinormal mode detectability with next-generation gravitational wave detectors
下一代引力波探测器的非线性准正态模式可探测性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Sophia Yi;Adrien Kuntz;Enrico Barausse;Emanuele Berti;M. Cheung;K. Kritos;A. Maselli
  • 通讯作者:
    A. Maselli
Tests of general relativity with future detectors
  • DOI:
    10.1007/s10714-024-03332-7
  • 发表时间:
    2024-12-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.800
  • 作者:
    Emanuele Berti
  • 通讯作者:
    Emanuele Berti
Extreme gravity tests with gravitational waves from compact binary coalescences: (II) ringdown
  • DOI:
    10.1007/s10714-018-2372-6
  • 发表时间:
    2018-04-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.800
  • 作者:
    Emanuele Berti;Kent Yagi;Huan Yang;Nicolás Yunes
  • 通讯作者:
    Nicolás Yunes

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  • 通讯作者:
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Collaborative Research: Understanding Compact Binary Formation With Gravitational Wave Observations
合作研究:通过引力波观测了解致密双星形成
  • 批准号:
    2307146
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Physics and Astrophysics of Compact Binaries
致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    2207502
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Understanding Compact Binary Formation with the First Gravitational Wave Detections
合作研究:通过首次引力波探测了解致密双星形成
  • 批准号:
    2006538
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Physics and Astrophysics of Compact Binaries
致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    1841464
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Understanding Compact Binary Star Formation with the First Gravitational Wave Detections
合作研究:通过首次引力波探测了解致密双星的形成
  • 批准号:
    1841358
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Understanding Compact Binary Star Formation with the First Gravitational Wave Detections
合作研究:通过首次引力波探测了解致密双星的形成
  • 批准号:
    1716715
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Physics and Astrophysics of Compact Binaries
致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    1607130
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Physics and Astrophysics of Compact Binaries
职业:致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    1055103
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Gravitational waves from black hole binaries: modeling, astrophysics and strong-field tests
来自黑洞双星的引力波:建模、天体物理学和强场测试
  • 批准号:
    0900735
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
    11921003
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
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中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
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    11927804
  • 批准年份:
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    国际(地区)合作与交流项目
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  • 批准号:
    11981230269
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.5 万元
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    国际(地区)合作与交流项目
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  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.8 万元
  • 项目类别:
中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.45 万元
  • 项目类别:
中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
    11973038
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.4 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.5 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.5 万元
  • 项目类别:
中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
    11981230276
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中英“天体物理(astrophysics)”领域双边研讨会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.5 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目

相似海外基金

Physics and Astrophysics of Compact Binaries
致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    2207502
  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
WoU-MMA: Compact Object Mergers in the Era of Multi-Messenger Astrophysics
WoU-MMA:多信使天体物理学时代的紧凑天体合并
  • 批准号:
    1912769
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Physics and Astrophysics of Compact Binaries
致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    1841464
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
RUI: Quantum Kinetics of Neutrinos: a window on nuclear and particle astrophysics in the Early Universe and Compact Objects
RUI:中微子的量子动力学:早期宇宙和致密天体中核和粒子天体物理学的窗口
  • 批准号:
    1812383
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Physics and Astrophysics of Compact Binaries
致密双星的物理学和天体物理学
  • 批准号:
    1607130
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Compact Object Studies in Computational Relativistic Astrophysics via Discontinuous Galerkin Finite Element Methods
通过不连续伽辽金有限元方法进行计算相对论天体物理学中的紧凑物体研究
  • 批准号:
    418680-2012
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Astrophysics of Compact Objects and Their Origin in Supernova and Supernova Remnants
致密天体的天体物理学及其在超新星和超新星遗迹中的起源
  • 批准号:
    38722-2012
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Compact Object Studies in Computational Relativistic Astrophysics via Discontinuous Galerkin Finite Element Methods
通过不连续伽辽金有限元方法进行计算相对论天体物理学中的紧凑物体研究
  • 批准号:
    418680-2012
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Compact Object Studies in Computational Relativistic Astrophysics via Discontinuous Galerkin Finite Element Methods
通过不连续伽辽金有限元方法进行计算相对论天体物理学中的紧凑物体研究
  • 批准号:
    418680-2012
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Astrophysics of Compact Objects and Their Origin in Supernova and Supernova Remnants
致密天体的天体物理学及其在超新星和超新星遗迹中的起源
  • 批准号:
    38722-2012
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 36万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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知道了