Study on the detectability of gravitational radiation from single-binary encounters between black holes in nuclear star cluster: the case of hyperbolic flybys
随着第三个引力波瞬变星表（GWTC-3）的发布，Virgo和LIGO探测器对紧凑双星合并的90次观测得到了证实。其中一些合并被怀疑发生在星团中。在这些星系团的核心，黑洞的密度是如此之高，以至于合并可以在几代人的时间内发生，形成越来越大的黑洞。这些条件也使得三个黑洞相互作用成为可能，最有可能的是通过单双星相遇。在本文中，我们提出了第一个研究如何经常这样的遭遇可能发生在核星团（NSC）作为红移的函数，以及这些遭遇是否是可观察的引力波（GW）探测器。这项研究的重点是有效的双曲遇到离开共振遇到。我们发现，在NSC单二进制遇到很少发生相比，二进制合并，双曲线遇到最有可能产生最强的GW发射低于地面GW探测器的观测波段。虽然其中几个可以预计每年发生的峰值能量在LISA波段，他们的振幅很低，LISA检测似乎不太可能。
2022-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Exploring the Dynamics of General Relativistic Binary-Single and Binary-Binary Encounters of Black Holes
Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；Universität Potsdam（波茨坦大学）
本研究利用数值相对论代码BAM探索双黑洞-单黑洞和双黑洞-双黑洞相遇的动力学，发现其引力波信号具有独特特征，可区分于常规双体合并。
2026-02-06 gr-qc
Gravitational Wave Capture in Spinning Black Hole Encounters
当两个黑洞在星团中近距离相遇时，它们的轨道可以通过发射引力波而转变为束缚轨道，这被称为引力波（GW）捕获。在数值相对论的背景下，研究了黑洞自旋对GW俘获的影响。当两个黑洞质量相等时，碰撞过程中的辐射能量依赖于有效自旋。当两个黑洞的自旋与轨道角动量反向对齐时，会产生最强的辐射。但在直接合并的情况下，情况正好相反：最强的辐射来自自旋与轨道角动量对齐的黑洞。假设近心点距离均匀分布，则GW捕获中的直接合并部分与$v^{4/7}$成正比增加，其中$v$是星团的速度色散，这意味着大约5%的GW捕获导致了$v=150$ km s $^{-1}$的星团的直接合并。
2020-07-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Gravitational waves production from stellar encounters around massive black holes
在四极近似下研究了椭圆形、双曲形和抛物形轨道上相互作用的大质量物体系统的引力波发射。推导了引力波光度、总能量输出和引力辐射振幅的解析表达式。对特殊目标（即球状星团）的事件的预期数量的粗略估计也给出了。特别是，每年的事件率得到的密集星团在银河系中心。
2009-06-26 gr-qc
Superkicks in ultrarelativistic encounters of spinning black holes
我们研究了两个旋转的，质量相等的黑洞通过完全数值相对论模拟的超相对论相遇。两个初始数据序列进行了详细研究：一个导致散射和一个导致掠碰撞和合并。在所有情况下，最初的黑洞自旋都位于轨道平面内，这种结构导致了所谓的“超级反冲”。在天体物理学中，准圆吸气，这样的反冲可以高达~ 3，000 km/s;在这里，我们发现的配置超过~ 15，000 km/s。我们发现，最大反冲力与引力波辐射的能量总量成正比，但很大程度上与合并是否发生无关。这表明，主要负责超级反冲的机制与合并动力学无关。相反，一个一致的解释是，轨道的“摆动”运动导致双星平面内轨道运动产生的辐射不对称，净不对称被反冲平衡。我们用我们的结果来制定在任何黑洞遇到的最终踢上实现的一些示意图。
2010-11-15 gr-qc
Scalarization and descalarization in hyperbolic encounters of black holes
Center for AstroPhysical Surveys, National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心天体物理调查中心）
通过数值相对论研究二次标量高斯-博内引力中黑洞双曲相遇的标量场演化，发现相遇期间可发生动态标量化，以及自旋变化导致的自旋诱导（去）标量化。
2026-07-01 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black Hole Mergers Induced by Tidal Encounters with a Galactic Centre Black Hole
我们讨论了恒星质量的黑洞（BH）合并引起的潮汐遇到一个大规模的BH在银河系中心或潜在的密集星团的属性。大质量黑洞对双星系统的潮汐破坏可以产生超高速恒星。然而，这样的潮汐相遇并不总是导致双星的分裂。由于幸存的双星往往会变得坚硬和古怪，这个过程原则上可以产生BH合并。对于最初的圆形双星，我们表明，引力波（GW）合并时间变得更短的一个因素比$10^{2}$（$10^5$）在$10\%$（$1\%$）的幸存的情况下。这种减少主要是由于在潮汐相遇时双星的离心率增加。我们还研究了幸存者的有效自旋，假设BH自旋最初与二进制轨道角动量对齐。我们发现，二进制取向可以翻转在相反的方向在潮汐遇到。对于具有大的合并时间缩减因子的幸存者，有效尾旋分布是相当平坦的。我们估计，由于潮汐相遇通道的合并率为$\sim 0.6\ \textrm{Gpc}^{-3}\textrm{yr}^{-1}$。这一机制不可能成为BH合并的主导形成渠道。然而，目前和不久的将来，GW观测站预计将检测到大量的BH合并。如果在大质量黑洞附近发现合并（例如，检测到GW透镜回波或之前的极端质量比爆发），这种机制将为它们的起源提供可能的解释。
2019-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Busting Up Binaries: Encounters Between Compact Binaries and a Supermassive Black Hole
考虑到银河系中心附近的恒星密度，紧凑型双星和超大质量黑洞之间的近距离相遇是一个合理的发生。我们目前的结果从近1300万这样的遭遇的数值研究。与以前的研究相一致，我们证实，潮汐破坏的黑洞的二进制系统，组件的二进制保持绑定到孔的偏心率~ 0.97和circularizes显着的时候，它进入经典的LISA带。我们的研究结果还表明，人口的幸存双星值得关注。这些双星系统的内部轨道参数受到扰动，可能会产生有趣的观测结果。我们研究了生存参数空间的区域，并估计了相遇后轨道参数的分布。我们发现幸存的双星变硬，它们的离心率增加，从而加速了它们的合并，由于引力辐射发射，并增加了预测的合并率高达1%。
2015-01-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave energy emission and detection rates of Primordial Black Hole hyperbolic encounters
本文详细描述了原初黑洞双曲碰撞产生的引力波爆发。这些爆发是一次性事件，大部分释放的能量发生在最近的接近过程中，这些能量可以在LIGO（10- 1000 Hz）和LISA（$10^{-6}-1$ Hz）的范围内发射。此外，我们纠正了文献中发现的双曲相遇的功率谱的结果，并提出了新的精确和近似表达式的峰值频率的发射。请注意，这些来自PBH之间双曲线相遇的GW爆发与LIGO检测到的BHB合并的有界轨道的GW发射是互补的，并且有助于在确定PBH质量，自旋和空间分布时打破简并。
2018-06-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Ultra-Close Encounters of Stars With Massive Black Holes: Tidal Disruption Events With Prompt Hyperaccretion
银河系核心的明亮耀斑，随后是亮度的$t^{-5/3}$衰减，通常被认为是大质量黑洞对恒星的完全潮汐破坏的标志。耀斑和幂律衰变是在束缚碎片流返回黑洞、自相交并最终形成吸积盘或环面时产生的。在典型的太阳型恒星被$10^{6}\; M_\odot$黑洞破坏的情况下，恒星的破坏和吸积环的形成之间的时间可能是几年。我们提出了完全广义相对论模拟一类新的潮汐破裂事件，涉及超近距离接触的太阳型恒星与中等质量的黑洞。在这些遭遇中，一个厚厚的磁盘在破坏后迅速形成，以小时为单位。在短暂的初始耀斑之后，在$\sim 10^2\,M_\odot\,{\rm yr}^{-1}$的几天内，吸积率保持稳定和高度超爱丁顿。
2015-06-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Black hole induced spins from hyperbolic encounters in dense clusters
通过引力波（GW）探测到的黑洞可以有天体物理或原始起源。一些GW事件显示出其中一个组件的显著自旋，并且被认为是天体物理的，因为原始黑洞是以非常低的自旋产生的。然而，如果它们能够在宇宙的整个演化过程中增加自旋，这是值得研究的。已经探索过的可能机制是多个黑洞合并和气体吸积。我们在这里提出了一个新的机制，可以发生在密集的黑洞集群：自旋的原始黑洞时，他们参与密切的双曲遇到。我们探索这种效果数值与爱因斯坦工具包不同的初始条件，包括可变的质量比。对于相同质量的黑洞，有一个最大的自旋，可以诱导的黑洞，$χ= a/m \leq 0.2$。然而，我们发现，对于大的质量比，可以达到$χ\simeq 0.8$的自旋，其中最高的自旋是在最大质量的黑洞上诱导的。对于小的诱导自旋，我们提供了简单的解析表达式，依赖于相对速度和碰撞参量。
2021-09-24 astro-ph.CO gr-qc
Tidal Disruptions of White Dwarfs from Ultra-Close Encounters with Intermediate Mass Spinning Black Holes
我们提出的数值相对论结果的潮汐破裂的白矮星从超近距离遇到一个旋转，中等质量的黑洞。这些遭遇需要对引力作完全的广义相对论处理。我们发现，碎片的破裂过程和迅速吸积强烈依赖于黑洞自旋的大小和方向。然而，黑洞的晚期吸积遵循相同的衰变，$\dot{M}$ ~ t^{-5/3}，这是根据牛顿引力破坏研究估计的。我们计算光谱的磁盘形成的回退材料使用一个超薄磁盘模型。圆盘光谱在软X射线中达到峰值，并在破坏后维持爱丁顿光度1-3年。对于任意的黑洞自旋取向，被破坏的材料被散射远离轨道平面的相对论框架拖曳，这往往会导致遮蔽的内部后备磁盘的流出碎片。对于银河系中等质量的黑洞，破裂事件也产生了特征频率为~3.2 Hz、应变振幅为~10^{-18}的引力辐射爆发。认为超近距离干扰的乐观率与ROSAT全天调查中没有发现任何来源一致。未来的任务，如宽视场X射线望远镜（WFXT），可以观察到几十个事件。
2012-01-20 astro-ph.HE gr-qc
The stochastic gravitational wave background from close hyperbolic encounters of primordial black holes in dense clusters
原始黑洞稠密星团内部是一个活跃的环境，多次散射过程在其中发生。它们中的一些不时地产生有界对，其余的以单个散射事件结束。前者最终演化为双黑洞（BBH），发射周期性的引力波（GW），而后者在短距离内，称为近双曲相遇（CHE），发射强烈的GW爆发。我们做的第一个计算的随机GW背景起源于未解决的CHE源。与BBH的情况不同，CHE的SGWB的低频尾部对事件率的红移依赖性很敏感，这有助于区分天体物理和原始黑洞的贡献。我们发现CHE有可能被第三代地基GW探测器（如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器）测试。
2022-04-18 astro-ph.CO gr-qc
Search for black hole hyperbolic encounters with gravitational wave detectors
近年来，在稠密的星系团中存在大量原始黑洞的观点越来越流行。这些密集星系团的一个自然结果将是，内部的黑洞将在双曲线相遇中相互引力散射，发射出可以被当前探测器观测到的引力波。在本文中，我们将导出如何计算双曲轨道上的黑洞发射的引力波，并考虑到最高阶自旋效应。然后我们将研究这些波在目前地球上的引力波探测器网络中留下的信号。使用信号的属性，我们将详细介绍可用于使其超越检测器噪声的数据处理技术。最后，我们将在公开可用的LIGO-Virgo数据中寻找这些来自双曲相遇的信号。为此，我们将开发两步触发器。触发的第一步将基于在时频域中寻找检测器之间的相关性。触发器的第二步将利用残差卷积神经网络，用信号的理论预测进行训练，以寻找双曲相遇。有了这个触发器，我们在分析的15.3天的公共数据中发现了8个双曲线遭遇候选者。这些候选中的一些是有希望的，但是找到的候选的总数与我们的触发器预期的假警报的数量一致。
2021-12-17 astro-ph.HE gr-qc
Gregory-Laflamme and Superradiance encounter Black Resonator Strings
本文构造了具有螺旋Killing向量场的黑共振弦，它们从D=6 Myers-Perry黑弦的超辐射不稳定性分叉而来，且在共存参数下熵更高，同时发现Kaluza-Klein geon是独立解而非其无视界极限。
2023-08-03 gr-qc hep-th
Effects of black hole environments on extreme mass-ratio hyperbolic encounters
本研究探讨黑洞周围重子吸积盘与暗物质尖峰环境对极端质量比双曲相遇的轨道演化及引力波波形的影响，发现吸积盘引力势作用较大，且环境印记难被类LISA探测器分辨。
2025-05-22 astro-ph.GA gr-qc
Tidal encounters of close white dwarf binaries with spinning black holes
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）
研究密近白矮星双星与自转黑洞的潮汐相遇，发现黑洞自转显著影响双星潮汐动力学，回落率受初始倾角影响并可能呈现三峰结构。
2026-09-29 astro-ph.HE gr-qc
Trapping, Irregular Waveforms, and Efficient Radiation in Ultra-relativistic Black Hole Encounters
Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）
研究揭示超相对论性黑洞相遇中非相对论性描述与Kerr环形衰减之间的过渡不成立，展示非对称发射和显著视界吸收现象，发现其由瞬时零 trapping 和重复辐射透镜效应驱动，表明在γ≈5.1时约65%的初始ADM能量以引力波辐射。
2026-04-29 astro-ph.HE gr-qc
Semi-relativistic approximation to gravitational radiation from encounters with nonspinning black holes
星系核中的黑洞对致密体的捕获是低频引力波探测器的一个重要的潜在来源，如计划中的激光干涉仪空间天线。本文计算，使用半相对论近似，总能量和角动量损失的引力辐射的致密体在非常高的偏心率轨道上通过接近超大质量，非自旋黑洞，这些数量确定的轨道演化的特点，估计捕获率。半相对论近似改进了使用牛顿阶轨道和四极辐射发射的治疗方法，并与精确的Teukolsky模拟低偏心率轨道相匹配。作为一般轨道参数的函数的半相对论能量和角动量通量的公式。
2007-01-04 gr-qc
Exotic Encounters: Buchdahl's Conditions and Physical Black Holes
School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数理科学学院）
本文研究了物理黑洞形成过程中对布赫达尔条件的违反，揭示了其更奇特的性质。
2025-09-14 gr-qc hep-th
Gravitational Waves from Black-Hole Encounters: Prospects for Ground- and Galaxy-Based Observatories
该研究探究黑洞近距离双曲线遭遇产生的带记忆暴引力波事件的可探测参数空间，采用含三阶后牛顿效应的波形，给出波形有效性方案，明确地面与IPTA的探测及约束能力。
2023-05-30 astro-ph.GA gr-qc
Eccentric black hole mergers and zoom-whirl behavior from elliptic inspirals to hyperbolic encounters
在数值相对论中，我们对非自旋的等质量和不等质量黑洞双星在一般偏心轨道上的参数进行了研究。所考虑的线性动量范围从圆形轨道的动量到该值的十倍。我们讨论了在双曲和椭圆区的变焦旋转行为的不同表现形式。双曲线数据集适用于动态捕获场景（例如在球状星团中）。椭圆区的演化对应于超大质量黑洞双星可能的终态。我们现场变焦旋转行为的偏心率低$e\sim0.5$，即在预期范围内的偏心率在大规模黑洞双星星系合并和双星星系中心附近。由此产生的重力波形揭示了丰富的结构，这将有效地打破参数空间中的退化，改善参数估计。
2012-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Superradiance and black resonator strings encounter helical black strings
本文在六维Einstein引力中构造了上同调-1螺旋黑洞弦，它从等自旋Myers-Perry黑洞弦的超辐射不稳定性起始处分岔。该解具有非零视界速度，其熵介于Myers-Perry黑洞弦与黑洞共振弦之间，且在视界速度达光速时熵趋零，但未发现正则无视界解。
2023-08-03 gr-qc hep-th
Eccentric Black Hole Mergers in Dense Star Clusters: The Role of Binary-Binary Encounters
本文首次在广义相对论的框架下系统地研究了强双-单和双-双黑洞相互作用。当在强碰撞中包括广义相对论效应时，当进入LIGO和Virgo GW探测器的敏感频率范围时，引力波（GW）的轨道能量耗散可能导致捕获和随后的具有明显偏心率的吸气。在这项研究中，我们进行了二进制和二进制单散射实验与广义相对论动力学通过2.5后牛顿秩序包括在内，无论是在一个受控的设置，以衡量非耗散后牛顿条款的重要性，并得出缩放关系的GW捕获的横截面，以及根据最先进的球状星团模型调整到强相互作用的实验，以评估双星的相对重要性，二进制通道在促进GW捕获和由此产生的偏心率分布的inspiral从通道。虽然在球状星团中，双星间的相互作用比双星间的相互作用少10-100倍，但它们的寿命更长，动力学更复杂，导致在相遇过程中发生GW捕获的概率更高。我们发现，在球状星团的强黑洞碰撞过程中，无论星团环境的性质如何，双星-双星相互作用都贡献了25-45%的偏心合并。因此，在密集星团中包含更高的多重性遭遇对LIGO/Virgo网络可能探测到的高偏心双星的预测率有重大影响。由于偏心吸气的引力波形与合并双星所产生的引力波形不同，这些双星系统的偏心率测量将高度限制它们的形成情况。
2019-02-14 astro-ph.HE gr-qc
Parameter estimation of gravitational waves from hyperbolic black hole encounters
本文利用 RIFT 算法和 TEOBResumSDALI 波形模型，针对 Cosmic Explorer 设计灵敏度下的双曲黑洞散射并 plunge 事件，实现了对质量、自旋及双曲轨道参数（系统能量和角动量）的准确参数估计。
2025-07-01 gr-qc
Semianalytical estimates of scattering thresholds and gravitational radiation in ultrarelativistic black hole encounters
黑洞的超相对论碰撞是研究广义相对论非线性的理想实验。在本文中，我们使用半分析工具，以更好地了解这些碰撞的性质和发射的引力辐射。我们解释了许多功能的能量谱提取的数值相对论模拟使用两个互补的半解析计算。在第一个计算中，我们估计辐射的“零频率限制”分析的碰撞两个点粒子有限的碰撞参量。在第二个计算中，我们用一个点粒子以任意的能量和碰撞参量进入Schwarzschild黑洞，并探讨辐射的多极结构，特别注意近临界区。我们还使用测地线类比提供定性估计的依赖性散射阈值的黑洞自旋和时空的维数。
2010-05-19 gr-qc hep-ph hep-th
The gravitational eikonal: from particle, string and brane collisions to black-hole encounters
本文综述引力程函形式体系，总结其在粒子、弦、膜碰撞及黑洞交会中的振幅方法与最新进展。
2024-07-04 gr-qc hep-ph hep-th
Gravitational radiation driven capture in unequal mass black hole encounters
利用相对论数值模拟研究了无自旋不等质量黑洞之间引力辐射驱动的俘获（GR俘获）。我们采用抛物近似，假定弱双曲轨道和具有相同近心距离的抛物轨道的引力波辐射相同。利用抛物轨道模拟得到的辐射能量，得到了弱双曲轨道GR俘获的临界碰撞参数（$b_{\rm crit}$）与初始能量的函数关系。能量最大的碰撞发生在直接合并和飞越轨道之间的边界附近，并且在峰值处可以发射出初始总ADM能量的百分之几。当总质量一定时，不等质量黑洞的能量和角动量辐射小于具有相同初始轨道角动量的等质量黑洞。我们比较了我们的结果与两种不同的后牛顿（PN）近似，精确抛物轨道（EPO）和PN校正轨道（PNCO）。我们发现，EPO和数值相对论之间的协议打破非常接近的遭遇（$\it{e.g.}$，$b_{\rm crit} \lesssim 100$ M），它变得更糟的质量比。例如，如果对于$m_{1}/m_{2}=16$的质量比，在无穷远处的相对速度$v_{\infty}$大于0.1，则临界碰撞参量与在EPO中获得的临界冲击参数可以相差超过$50\%$。PNCO给出了比EPO更一致的结果，但它也低估了在$b_{\rm crit} \lesssim40$ M处GR捕获的关键影响参数。
2017-10-23 astro-ph.HE gr-qc
Spin-up and mass-gain in hyperbolic encounters of spinning black holes
Stanford University（斯坦福大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
通过数值相对论模拟，研究等质量黑洞在双曲相遇中因再吸收轨道角动量和引力波辐射能量导致的自旋增加与质量增长，发现自旋增加随初始自旋线性下降，最大自旋增加0.3，最大质量增长15%。
2026-06-12 astro-ph.HE gr-qc
Encounter between an extended hyperelastic body and a Schwarzschild black hole with quadrupole-order effects
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；University of Idaho（爱达荷大学）；University of North Carolina, Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；University College Dublin（都柏林大学学院）
研究超弹性体与Schwarzschild黑洞的广义相对论相互作用，通过四极项效应分析碰撞动力学及轨道变化。
2026-03-27 gr-qc
Gravitational Wave observatories may be able to detect hyperbolic encounters of Black Holes
引力波（GW）天文学有望观测到不同类型的天体物理源。在这里，我们探讨的可能性，从紧凑的恒星与地面干涉探测器的双曲相互作用的GWs的检测。据信，一个紧密的束缚星团，如球状星团，可以是这些相互作用的主要环境。我们估计的检测率，这样的事件，考虑集群内的局部几何形状，占紧凑型恒星在有限距离的散射概率，并假设现实的集群属性指导可用的数值模型，它们的形成时间，和内部的恒星演化。我们发现，即使在保守的限制，它可能会检测到这样的黑洞遇到在未来几年内，目前的网络的观测站与正在进行的灵敏度升级和一个到几个事件，每年与下一代天文台。在实践中，实际检测率可能会大大超过估计的平均率，因为在非常大的人群中发现离群值的机会可能很高。这样的观测（或没有观测）可能会提供关键的限制，以估计宇宙中孤立的致密星的数量。这些发现本身将是令人兴奋的发现，并将与双星合并的观测相辅相成，使我们更接近解决一个基本问题，即在可观测的宇宙中有多少黑洞。
2021-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Close Encounter of Three Black Holes Revisited
本文用完整数值相对论模拟等质量无自旋分级三黑洞系统，发现外侧黑洞会按 $1/D^{2.5}$ 规律延迟内双星并合，并使偏心率衰减伴随半外轨道周期的拍频调制。
2023-08-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational wave bursts from Primordial Black Hole hyperbolic encounters
我们认为，毫秒级的引力波（GW）爆发可以用稠密星系团中原始黑洞双曲碰撞产生的GW辐射来解释。这些爆发是单一事件，大部分释放的能量发生在最接近的过程中，并以AdvLIGO灵敏度范围内的频率发射。我们提供的GW发射的峰值频率和振幅的形状的表达式，并估计这些事件的各种质量和速度配置的速率。我们研究的参数空间区域，将允许检测AdvLIGO和，在未来，LISA。我们发现，对于现实的配置，总质量$M\sim60\,M_\odot$，相对速度$v\sim 0.01\,c$，和影响参数$b\sim10^{-3}$ AU，AdvLIGO的预期事件率是${\cal O}(10)$事件/年/Gpc $^3$毫秒持续时间。对于LISA，典型的持续时间在几分钟到几小时的范围内，对于$10^3\,M_\odot$ IMBH和$10^6\,M_\odot$ SMBH遭遇，事件率为${\cal O}(10^3)$事件/年/Gpc $^3$。我们还研究了分布函数的偏心率，峰值频率和特征的时间尺度，可以预期的人口的散射PBH与对数正态分布的质量，不同的相对速度和一个平坦的影响参数之前。
2017-11-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Radio signatures from encounters between Neutron Stars and QCD-Axion Minihalos around Primordial Black Holes
由于轴子与标准模型粒子的相互作用非常弱，因此探索QCD轴子暗物质（DM）假说极具挑战性。我们提出了一种新的途径来测试的QCD轴子DM通过瞬态无线电签名之间的遭遇来自中子星（NS）和轴子迷你晕周围的原始黑洞（PBH）。我们考虑一个一般的QCD轴子的情况下，PQ对称性破缺发生之前（或期间）的通货膨胀共存的一小部分DM的形式PBH。黑洞周围将出现典型的秒差距尺度的轴子微晕。迷你晕中的轴子密度可能远高于局部DM密度，而这些致密天体在今天银河系中的存在为检验轴子DM假说提供了一个新的机会。我们研究了银河系中小晕质量分布的演化，并估计了NS和装饰PBH之间的相遇率。我们发现，遇到引起的瞬态线状发射的射频光子产生的共振轴子光子转换在NS磁层和特征信号可以检测到与当前和未来的射电望远镜的灵敏度。因此，深入研究这些信号的搜索策略将为QCD轴子的探测提供新的途径。
2021-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gregory-Laflamme encounters Superradiance
本文研究了引力超辐射散射对六维等自旋 Myers-Perry 黑弦稳定性的影响，发现了一种由沿弦动量势垒限制引起的“有限m”超辐射不稳定性，并指出其与 Gregory-Laflamme 不稳定性竞争或独立存在。
2023-08-03 gr-qc hep-th
Gravitational Encounters and the Evolution of Galactic Nuclei. I. Method
描述了一种算法，用于演化星系中心大质量黑洞周围恒星或致密天体的相空间密度。该技术基于能量角动量空间f（E，L，t）中福克-普朗克方程的数值积分，并首次包括描述随机和相关相遇（共振弛豫）效应的扩散系数，以及由于发射引力波造成的能量损失。破坏或损失的恒星进入黑洞的处理通过一个详细的边界层分析。该算法的性能示出通过计算二维，时间相关和稳态分布函数和相应的损失率。
2015-05-28 astro-ph.GA gr-qc
How extreme are extreme black holes?
我们研究了由引力坍缩产生的近极值黑洞的性质。它表明，一个观察者谁跨越黑洞视界在晚些时候迅速遇到一个奇点。
2011-05-12 gr-qc hep-th
A numerical-relativity surrogate model for hyperbolic encounters of black holes: challenges in parameter estimation
本文提出了一个针对等质量、自旋对齐的近距离双曲黑洞相遇的数值相对论代理模型，该模型精度高且不匹配度低于$10^{-3}$，但研究发现由于参数空间存在强烈简并性，即使信噪比高达50也难以准确推断源参数，需依赖第三代探测器，但推断特定简并参数组合或可用现有地面探测器验证此类事件。
2024-09-25 gr-qc
Formation of Massive Black Holes in Galactic Nuclei: Runaway Tidal Encounters
核星团（NSC）和超大质量黑洞（SMBH）都居住在星系核中，共存于一系列的隆起质量中，但在最大或最小的星系中相互排斥。我们建议，一旦神经干细胞超过一定的临界中心密度和速度分散，通过失控的潮汐捕获发生的神经干细胞转化为SMBHs。这个过程中的瓶颈，就像所有的碰撞逃逸一样，是黑洞质量的第一个e-折叠。恒星质量的增长黑洞过去这个瓶颈发生的潮汐捕获恒星消耗在重复事件的质量转移在近心。一旦黑洞达到100-1000太阳质量，潮汐捕获可能会关闭作为生长通道，但潮汐破坏事件将继续，并出现能够生长种子SMBH到更大的尺寸。一旦种子SMBH消耗其宿主NSC的核心，失控就会减慢（变为亚指数）。虽然SMBH中的大部分宇宙质量密度最终是由非常大质量星系中的偶发气体吸积产生的（通过Soltan-Paczynski论点），但最小的SMBH可能是从与NSC恒星的强烈潮汐相遇中成长起来的。SMBH种子在一段时间内完全通过这个通道生长$t$，将遵循与宿主星系速度色散$σ$的简单幂律关系。在最简单的情况下，它是$M_\bullet \sim σ^{3/2}\sqrt{M_\star t / G} \sim 10^{6}M_\odot (σ/ 50~{\rm km~s}^{-1})^{3/2}(t/10^{10}~{\rm yr})^{1/2}$，但是指数和前因子可以根据损失锥再填充的细节而略有不同。目前的潮汐中断事件率…
2016-06-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Close Encounter of Three Black Holes III
本文用数值相对论研究高自旋内双星的层级三黑洞系统，揭示第三黑洞导致并合延迟的距离标度、自旋-轨道耦合机制及质量比与轨道方向效应。
2024-06-17 astro-ph.HE gr-qc
Effective-one-body waveforms from dynamical captures in black hole binaries
动态捕获是一个可能的形成通道BBH合并导致高偏心合并动力学和引力波（GW）的信号是形态上不同于那些准圆形合并。未来通过地面或空间GW干涉仪对这些合并的检测可以提供对天体物理学黑洞的宝贵见解，但它需要精确的预测和专用的波形模型进行分析。我们提出了一个最先进的有效单体（EOB）模型的多极合并振铃波形从动态捕获黑洞合并与任意质量比和nonprecessing自旋。该模型依赖于沿通用轨道的辐射反应和波形的分析描述，通过将通用牛顿前因子中使用的准圆形的情况下的表达式中获得。它提供了一个工具，用于生成波形的一般二元黑洞合并和GW数据分析。我们证明，该模型可靠地占丰富的动力学捕获现象，从直接暴跌连续近距离接触到合并。参数空间的充分特点是在初始能量和角动量。我们的模型再现百分之几的散射角从十个等质量，非自旋，双曲遇到数值相对论（NR）模拟。通过将6PN结果纳入EOB电位之一中并调整当前未知的分析参数，可以进一步提高一致性。我们的研究结果表明，NR模拟的双曲线遇到（和动态捕获）可以用来通知EOB波形模型的通用BBH合并/遇到目前和未来的GW探测器。
2020-09-30 astro-ph.HE gr-qc
Ringdown gravitational waves from close scattering of two black holes
本文通过数值模拟两个黑洞的近距离散射，首次发现由动力学潮汐形变产生的非并合铃宕引力波，其频率与单黑洞准正则频率一致，为强引力相互作用研究开辟了新途径。
2023-10-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Stellar Dynamics and Black Holes
拉塞卡对恒星动力学最重要的贡献是提出了动力摩擦的概念。我简要地回顾了这项工作，然后讨论了一些影响的引力遇到星系核的运动理论。
2011-03-31 astro-ph.GA gr-qc
Did a close tidal encounter cause the Great Dimming of Betelgeuse?
我们评估是否重力暗化，引起的潮汐相互作用，在恒星飞行，可能足以解释大参宿四调光。采用几个简单的近似，我们计算的潮汐变形和相关的重力暗化在一个密切的潮汐遭遇，以及减少辐射通量看到一个遥远的观察者。我们表明，在原则上，所产生的恒星变暗的持续时间和程度可以用来估计最小的近心分离和质量的飞行物体，即使它仍然未被发现，否则，可能是一个黑洞，中子星，或白矮星。我们的估计表明，虽然这种飞越事件可能发生在其他天体物理场景中，我们的分析应该是适用的，但它们本身可能不足以解释参宿四的大变暗。
2022-10-21 astro-ph.SR gr-qc
Detectability of stochastic gravitational wave background from weakly hyperbolic encounters
本文计算了星团中近抛物线双曲黑洞交会产生的随机引力波背景，给出乐观与悲观解析模型，并表明其可被CE、ET及DECIGO等未来探测器探测。
2024-04-02 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-wave merging events from the dynamics of stellar mass binary black holes around the massive black hole in a galactic nucleus
研究了包含大质量黑洞（MBH）的星系核中恒星质量双星黑洞（BBH）的动力学演化。为了更全面地研究它们的合并事件，我们同时考虑了BBH的非共振弛豫和共振弛豫，BBH与场星的双星-单星相遇，Kozai-Lidov（KL）振荡以及BBH与中心MBH的近距离相遇，这些事件通常会导致双星的潮汐破裂。由于BBH通常比背景星重，它们通过质量分离下沉到中心，使得KL振荡成为合并BBH的重要影响。双星-单星碰撞不仅可以导致BBH的软化和电离，还可以使它们硬化，从而显著提高合并速率。BBH的合并主要是由包含质量小于$10^8 M_\odot$的MBH的星系贡献的，并且总事件速率可能在$1$ - $10$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$的数量级，取决于对核团的详细假设。当引力波振荡频率进入LIGO波段（$10$ \，Hz）时，这些BBH并合的$3-10\%$约有偏心率$\ge 0.01$。我们的研究结果表明，星系核内的BBH合并是Advanced LIGO/Virgo探测器探测到的合并事件的一个重要来源，当事件积累足够多时，可以将其与来自星系场和球状星团的BBH合并区分开来。
2019-04-19 astro-ph.GA gr-qc
Close Hyperbolic Encounters In f(R) Gravity
本研究探讨了f(R)引力中黑洞双星近距离双曲相遇的标量引力波辐射特征，推导了可探测的时间延迟与标量-张量振幅比，并确定了最佳轨道构型，为未来探测器检验f(R)引力提供了理论框架。
2025-06-25 astro-ph.CO gr-qc
Relativistic tidal separation of binary stars by supermassive black holes
本文通过三体模拟研究相对论效应对超大质量黑洞潮汐分离双星系统的影响，提出HRNA方法，发现其与1PN结果一致且与牛顿模拟差异显著，相对论效应显著增加分离事件、极端质量比旋近、超高速恒星及碰撞并合概率。
2024-04-25 astro-ph.HE gr-qc
Self-force in hyperbolic black hole encounters
University of Southampton（南安普顿大学）
本文推导双曲黑洞并合散射角的一阶保守自作用力修正，开发高效处理散射轨道的数值自作用力计算技术，解决特克尔演化代码的数值不稳定问题，完成圆轨道与散射轨道的完整数值实现。
2026-10-30 astro-ph.HE gr-qc
High-energy cosmic ray production by a neutron star falling into a black hole
我们提出了一种由中子星落入低密度等离子体包围的黑洞产生高能宇宙线的一次机制。在这种情况下，黑洞的功能是将恒星加速到任意接近光速的速度。当恒星--本质上是一个磁化的球体--接近视界时，它通过感应电场将能量传递给周围的等离子体电荷。不考虑辐射损失，对于铁核，一个简单的估计给出了磁场弱至10^6特斯拉的恒星的能量约为10^19 eV。所提出的机制也应该适用于快速移动的中子星和分子云之间的偶然相遇。这种遭遇的罕见性可以解释高能宇宙射线事件的明显随机性和罕见性。
2017-02-05 astro-ph.HE gr-qc
Mass octupole and current quadrupole corrections to gravitational wave emission from close hyperbolic encounters
针对致密天体近距双曲线遭遇的引力波，研究质量多极展开的质量八极、流四极次领头阶修正，纳入四极项一阶后牛顿修正使其与八极、流四极功率同阶，明确需考虑该修正的爆发事件系统构型。
2024-12-16 astro-ph.HE gr-qc
Stability properties of Regular Black Holes
在广义相对论中遇到的黑洞的特征是隐藏在事件视界中的时空奇点。这些奇异性提供了一个关键的动机，超越广义相对论，寻找规则的黑洞，其中时空曲率保持有界无处不在。一个突出的机制实现这一点取代了奇异性的一个正规补丁的德西特空间。由此产生的规则几何表现出两个视界：外部事件视界由内部柯西视界补充。后者可以通过所谓的质量膨胀效应使几何形状不稳定，质量函数的指数增长。本章回顾了球对称黑洞时空的质量膨胀效应，并与Reissner-Nordstöm和规则黑洞的质量函数动力学进行了对比。我们还涵盖了最近的发展有关的晚期吸引子诱导的霍金辐射，驱除指数增长的时空曲率遇到的标准质量膨胀的情况。为了使论述完备，我们还简要地讨论了规则黑洞的基本性质，包括它们的热力学。
2022-11-16 gr-qc hep-th
Formation of Merging Black Hole Binaries Inside Massive AGN Stars
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校天体物理学与天文学系）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学院）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）
本研究通过三维流体动力学模拟证明，活动星系核盘中的恒星可捕获经过的黑洞，在内部形成并合时间短的黑洞双星，为引力波事件提供可行来源。
2026-09-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Eccentric black hole-neutron star mergers: effects of black hole spin and equation of state
人们对黑洞-中子星双星的兴趣很高，这不仅是因为它们的合并可能在未来几年被引力波天文台探测到，而且还因为它们可能解释一类短持续时间的伽马射线暴。我们研究黑洞-中子星合并，发生在高偏心率，可能会出现在致密的恒星区域，如核或球状星团的动态捕获。我们进行广义相对论模拟的二进制范围内的碰撞参量，三个不同的初始黑洞自旋（零，对齐和反对齐的轨道角动量），和中子星与三个不同的状态方程。我们发现这些参数在产生的引力波信号和物质动力学中具有丰富的多样性，这也应该反映在随之而来的电磁辐射中。在潮汐破裂之前，引力波的发射量明显大于近心点距离接近有效的最内层稳定分离的微扰预测，表现出反映那里轨道的缩放旋转动力学的特征。在模拟的指导下，我们开发了一个简单的模型，在近距离接触过程中的二进制的轨道参数的变化。根据系统的初始参数，我们发现，在非合并近距离接触的质量转移可以从基本上为零到初始中子星质量的相当大的一部分。这同样适用于合并后的黑洞外部的物质数量，在某些情况下，估计大约有一半的物质是未结合的。我们还看到，非合并密切接触一般激发大振荡的中子星是定性一致的f-模式。
2012-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
