Measuring the Innermost Stable Circular Orbits of Supermassive Black Holes
本文提出了一种测量超大质量黑洞的倾斜角（i）、最内层稳定圆轨道（ISCO）和自旋的新方法--g分布法。g-分布方法使用的相对论铁线的能量变化的测量所发射的吸积盘的超大质量黑洞由于微透镜的恒星在前景星系相对于g-分布的变化预测从微透镜焦散计算。我们将该方法应用于引力透镜类星体RX J1131-1231（z_s=0.658，z_l=0.295），QJ 0158-4325（z_s=1.294，z_l=0.317）和SDSS 1004+4112（z_s=1.734，z_l=0.68）。对于RX J1131-1231，我们的初步结果表明，r_ISCO<8.5引力半径（r_g），i > 76度。我们检测到两个移动Fe线，在几个观察，在我们的数值模拟焦散交叉预测。目前RX J1131-1231的Δ E分布是稀疏采样的，但对RX J1131-1231和其他透镜类星体的进一步X射线监测将提供对遥远类星体的黑洞的倾斜角、ISCO半径和自旋的改进约束。
2017-02-01 astro-ph.HE
Measuring Black Hole Spin via the X-ray Continuum Fitting Method: Beyond the Thermal Dominant State
所有先前通过X射线连续拟合方法测量恒星质量黑洞自旋的工作都依赖于使用在热主导态下获得的弱康普顿化光谱。使用自洽康普顿化模型，我们表明，可以分析光谱，表现出强大的幂律分量，并获得的值的内部磁盘半径，因此自旋，这是一致的热主导状态中获得的。具体地说，我们分析了两个黑洞瞬变，H 1743 -322和XTE J 1550 -564的许多RXTE光谱，我们证明，吸积盘的内边缘的半径保持恒定，在百分之几的康普顿化分量的强度增加一个数量级，即，因为被散射的热种子光子的分数接近25%。我们得出结论，连续拟合方法可以应用于比以前认为可能的更广泛的数据体，以及从未观察到进入热主导状态的源（例如，Cyg X-1）。
2009-07-27 astro-ph.HE
Measuring the binary black hole mass spectrum with an astrophysically motivated parameterization
引力波探测揭示了一个以前未知的恒星质量黑洞的人口与质量以上$20\, M_{\odot}$。这些观测结果为检验大质量恒星的恒星演化模型提供了新的途径。通过考虑可能决定二元黑洞质谱形状的天体物理过程，我们构建了一个参数化模型来捕获关键的光谱特征，这些光谱特征将引力波数据与理论恒星天体物理学联系起来。特别是，我们模型的脉动对不稳定超新星，这是预计将导致初始质量$100\, M_{\odot}\lesssim M \lesssim 150\, M_{\odot}$的所有恒星形成$\sim 40\, M_{\odot}$黑洞的签名。这将导致黑洞质谱的截止，以及$40\, M_{\odot}$附近的过量黑洞。我们进行了模拟数据的研究，以说明一些恒星物理，可以推断出使用引力波测量的二元黑洞，并证明了几个这样的推论，可能在不久的将来。首先，我们测量最小和最大恒星黑洞质量。其次，我们推断由于对不稳定超新星的峰值的存在。第三，我们测量了黑洞质量比分布。最后，我们展示了如何不充分的模型的黑洞质谱导致有偏见的估计的合并率和振幅的随机引力波背景。
2018-02-27 astro-ph.HE
Stellar Mass Black Holes and Ultraluminous X-Ray Sources
我们回顾了可能的人口，观测特性，和广泛的影响，恒星质量的黑洞和超明亮的X射线源。我们专注于明确的经验规则连接吸积和流出，已建立了恒星质量的黑洞在过去的十年半的双系统。这些行为模式可能是关键，将使我们能够理解黑洞反馈的最大尺度上的宇宙学时间尺度。
2012-08-06 astro-ph.HE
Growth of stellar mass black holes in dense molecular clouds and GW190521
一个恒星质量的黑洞，如果长时间嵌入一个相对于周围介质缓慢运动的极其密集和巨大的分子云中，可以通过邦迪吸积显著地增加其质量。这为大质量恒星质量黑洞的形成提供了一个新颖但具有挑战性的通道。我们讨论了这个通道如何解释LIGO/Virgo引力波探测器观测到的大质量双黑洞合并系统GW 190521以及声称的大质量黑洞候选者LB-1。
2020-12-25 astro-ph.HE
Measuring eccentricity in binary black hole inspirals with gravitational waves
当双黑洞在磁场中形成时，可以预期它们的轨道在合并之前通常是圆形的。在星系核和球状星团中，二元黑洞可以动态地形成。最近的研究结果表明，球状星团中的合并$\approx5\%$是三体相互作用的结果。当这些三体相互作用以10 Hz的引力波频率进入高级LIGO波段时，预计会引起显著的轨道偏心率$\gtrsim 0.1$。因此，测量二元黑洞偏心率提供了一种手段，用于确定动态形成是否是产生二元黑洞合并的主要渠道。我们提出了一个框架进行贝叶斯参数估计的引力波观测的黑洞螺旋。使用这个框架，并采用非旋转，inspiral-only EccentricFD波形近似，我们确定的最小可检测的偏心距的事件与质量和距离类似GW 150914。在设计灵敏度，我们发现，目前这一代先进的天文台将是敏感的轨道偏心率的$\gtrsim0.05$在10赫兹的引力波频率，表明现有的探测器可以使用偏心率来区分圆场双星和球状星团三倍。我们比较这一结果的偏心率分布预测，导致从三个黑洞二进制形成通道，表明偏心率的测量可以用来推断人口的二元黑洞的属性。
2018-11-01 astro-ph.HE
The Constant Inner-Disk Radius of LMC X-3: A Basis for Measuring Black Hole Spin
自从X射线天文学诞生以来，几乎每一次X射线任务都观测到了黑洞双星系统LMC X-3。在持久性来源中，LMC X-3是唯一既习惯性软又高度可变的。使用一个完全相对论性的吸积盘模型，我们分析了数百个光谱收集在8个X射线任务，跨越26年。对于391个RXTE光谱的选定样本，我们发现吸积盘的内半径在~ 2%的范围内是恒定的，并且不受源变异的影响。即使考虑到8个X射线任务的集合，我们也发现半径的一致值在~4- 6%之内。我们的结果提供了强有力的证据，存在一个固定的内盘半径。唯一合理的推论是，这个半径与广义相对论最内层稳定圆轨道（ISCO）密切相关。我们的发现为黑洞自旋的测量奠定了坚实的基础。
2010-06-29 astro-ph.HE
Measuring the Spin of Black Hole Transient 4U 1543-47 Using Insight-HXMT
本研究利用Insight-HXMT观测数据，通过X射线反射拟合分析4U 1543-47的2021年爆发光谱，估算黑洞自旋与吸积盘倾角，并指出受模型适用范围限制该自旋值或被高估。
2024-06-24 astro-ph.HE
A Comparison of the X-ray Polarimetric Properties of Stellar and Supermassive Black Holes
本研究通过比较IXPE观测的非耀变体黑洞的X射线偏振性质，发现恒星级与超大质量黑洞在硬态下偏振特征高度相似，初步支持两者共享共同日冕几何的观点。
2024-08-22 astro-ph.HE
The Role of Interferometric Phase in Measuring Black Hole Photon Rings
Harvard University（哈佛大学）；Jefferson Laboratory, Harvard University（杰斐逊实验室，哈佛大学）
研究通过多环系统干涉响应分析，发现干涉相位对黑洞自转敏感，为测量黑洞参数提供新途径。
2026-07-28 astro-ph.HE
Jets from a stellar-mass black hole are as relativistic as those from supermassive black holes
针对恒星级黑洞喷流相对论性较弱的传统认知，通过射电干涉测量监测银河系黑洞X射线双星4U 1543-47，发现其单次爆发发射两次相对论性喷流，证明恒星级黑洞喷流与超大质量黑洞喷流同样具有相对论性。
2025-04-16 astro-ph.HE
Spins of black holes in coalescing compact binaries
简要讨论了测定密近双星中旋转恒星质量黑洞和活动星系核中超大质量黑洞自旋的现代天体物理方法。特别讨论了由LIGO/Virgo引力波观测得到的并合双星黑洞的有效自旋。我们考虑三种类型的合并双星：双黑洞，黑洞-中子星双星和原始双黑洞。考虑到宇宙中恒星的金属丰度和恒星形成速率的演化，计算了两种可能的恒星核坍缩形成黑洞模型中合并天体物理双星黑洞和黑洞与中子星的有效自旋.计算出的分布与LIGO/Virgo观测结果并不矛盾。原始合并恒星质量黑洞的有效自旋可以达到百分之几，由于吸积自旋在寒冷的外部介质。
2019-07-09 astro-ph.HE
Measuring Black Hole Spin by the Continuum-Fitting Method: Effect of Deviations from the Novikov-Thorne Disc Model
用热连续拟合方法分析了8个恒星质量黑洞吸积盘的X射线谱，并利用谱拟合估计了黑洞的自旋参数.然而，在这种方法中使用的基本模型估计自旋是诺维科夫和索恩的广义相对论薄盘模型，这是只适用于刀片薄盘。因此，我们预计由于理论模型的不足，自旋的测量值会有误差。我们调查这个问题，通过计算频谱的数值计算模型薄吸积盘周围的黑洞，通过三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟。我们应用连续拟合的方法来估计这些计算的光谱的黑洞自旋和检查如何密切的值匹配的GRMHD模拟中使用的实际自旋。我们发现，在无量纲自旋参数的误差是高达约0.2的非自旋黑洞，依赖于倾斜。对于自旋为0. 7、0. 9和0. 98的黑洞，误差分别高达约0. 1、0. 03和0. 01。这些误差与当前观测不确定性水平所产生的误差相当或更小。此外，我们估计，GRMHD模拟光盘，从这些误差估计得到对应的有效光盘光度约0.4-0.7爱丁顿，和的错误将是较小的光盘光度为0.3爱丁顿或更少，这是在连续拟合方法中使用。因此，我们得出结论，使用诺维科夫-索恩薄盘模型目前并不限制测量黑洞自旋的连续拟合方法的准确性。
2011-02-02 astro-ph.HE
Black Hole Accretion and Spin-up Through Stellar Collisions in Dense Star Clusters
本研究通过蒙特卡洛N体模型揭示致密星团中黑洞与恒星碰撞可显著提升黑洞自转，影响双黑洞并合引力波信号，并强调吸积效率的关键作用。
2025-01-23 astro-ph.HE
An Anomalous Quiescent Stellar Mass Black Hole
本文给出了对静止恒星质量的黑洞GS 1354-64的40 kS钱德拉观测结果。在该系统的位置处总共检测到266个净计数。由此产生的光谱被发现与以前观察到的静止黑洞的光谱一致，即，光子指数为Γ~ 2的幂律。在0.5 - 10 keV波段推断的光度被发现位于0.5 - 6.5 x 10^{34} erg/s的范围内，其中距离的不确定性是这个大的光度范围的主要来源。尽管如此，这个光度比已知的静态恒星质量黑洞光度分布所预期的要高出一个数量级，这使得GS 1354-64成为唯一一个不符合这个关系的已知恒星质量黑洞。这一观测结果表明，在静止状态下可能存在显著的吸积作用。
2011-05-04 astro-ph.HE
Populations of stellar mass Black holes from binary systems
在大而复杂的恒星系统中，如星系，很难预测黑洞种群的数量和特征。这样的星族可以被模拟为同质（即具有统一的恒星形成历史和相同的初始化学成分）恒星星族的聚集。利用现实的进化模型，我们预测的丰度和性质的黑洞形成的双星在这些环境中。我们表明，黑洞人口将占主导地位的单一黑洞起源于二元分裂和恒星合并。此外，我们还讨论了初始参数、金属丰度、初始质量函数和出生踢模型等因素对黑洞种群的影响。作为我们的研究结果的一个应用实例，我们估计，在OGLE-IV这样的调查中，由于黑洞的影响，每年在银河系隆起的方向上发生大约26次微透镜事件。我们的研究结果可用于进行与现实黑洞种群相关的深入研究，例如对盖亚或爱因斯坦探测器等太空调查任务的观测预测。我们准备了一个公开的数据库，其中包含我们模拟的原始数据，用于更深入的研究。
2019-09-13 astro-ph.HE
Thermal emission from the stellar-mass black hole binary XTE J1118+480 in the low/hard state
我们报告的检测的热盘组件从恒星质量的黑洞二进制XTE J1118+480在典型的低/硬状态。XTE J1118+480的Chandra谱中存在一个温度约为0.21keV的热成分，其置信度超过14 σ。基于这一证据，我们认为，在XTE J1118+480的吸积盘是不是截断远离中央黑洞与以前的索赔。
2009-02-16 astro-ph.HE
Fifty Years After the Discovery of the First Stellar-Mass Black Hole: A Review of Cyg X-1
本文综述了天鹅座X-1发现五十年来的X射线观测进展，重点讨论黑洞自旋、恒星演化、吸积区几何与等离子体物理，并指出其物理机制可推广至其他黑洞X射线双星及活动星系核。
2024-11-19 astro-ph.HE
Measuring the shape of a black hole photon ring
广义相对论预言，黑洞附近的引力透镜将在图像上产生狭窄的“光子环”。基于Johnson，Lupsasca等人最近的工作，专注于圆环，我计算了任意形状和强度的窄特征的长基线干涉签名。对于每个基线角，形状信息包含在作为基线长度的函数的复可见度的振荡频率中。这些结果提高了测量光子环详细形状并与广义相对论的精确预测进行比较的可能性。
2020-07-21 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Measuring the Black Hole Mass Spectrum from Redshifts of aLIGO Binary Merger Events
高级LIGO（aLIGO）和VIRGO合作观测到的二元黑洞合并事件可以揭示黑洞的起源。许多基于黑洞恒星起源的研究已经显示出恒星黑洞的最大质量，这可以从观测到的黑洞质量分布中测量或限制。本文指出，观测到的并合事件的红移分布可以为研究黑洞质量分布提供补充信息，因为可探测性将事件红移与黑洞质量联系起来。根据观测到的5个事件，利用Kolmogorov-Smirnov检验，我们发现在90%置信水平下，当较重的黑洞的负幂律指数为2.3时，恒星黑洞质量的最大值被限制在$76\,M_\odot$以下.随着aLIGO灵敏度的提高，可以获得几十个合并事件，我们估计最大质量将被限制在$10\,M_\odot$精度。
2019-03-22 astro-ph.HE hep-ph
Eccentricity Without Measuring Eccentricity: Discriminating Among Stellar Mass Black Hole Binary Formation Channels
我们展示了如何在LISA中的可观测的二进制数的影响，通过其对峰值引力波频率的影响，产生LIGO观测率所需的增强二进制数密度，以及偏心事件的降低信噪比。我们还演示了如何这些影响应该使人们有可能了解的偏心率分布和形成渠道作为频率的函数，即使没有明确的偏心率检测计数的二进制数。我们还提供了偏心双星的信噪比的简化计算方法。
2019-07-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Messung der Masse des Schwarzen Loches in LMC X-3 (Measuring the mass of the black hole in LMC X-3)
由于它的高质量，X射线双星系统LMC X-3是一个拥有黑洞的双星系统的候选者。这项工作的目标是确定这个黑洞的质量和系统的轨道倾角。因此，分析了2007年10月20日至2013年12月13日期间在智利拉西拉的MPI/ESO 2.2米望远镜的GROND仪器记录的数据。由Edward L.利用Robinson方法对双星系统的黑洞质量和轨道倾角进行了描述和反演。黑洞的质量被确定为（$7.15\pm0.65$）太阳质量，倾角为（$68^{+2}_{-3}$）度。由这两个量可以估计LMC X-3中黑洞的自转，并推广X射线双星中黑洞的质量分布。
2020-11-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Measuring binary black hole orbital-plane spin orientations
双黑洞自旋是引力波天文学的重要观测量之一。在自旋参数中，它们在轨道平面内的取向，$ϕ_1$，$ϕ_2$和$Δϕ=ϕ_1-ϕ_2$，对于理解双黑洞中自旋轨道共振和合并反冲的普遍性是至关重要的。不幸的是，这些角度是特别难以测量使用当前的探测器，LIGO和处女座。由于旋进二进制的自旋方向不是恒定的，传统的方法是在波形演变中的某个参考阶段测量自旋分量，通常是检测信号的频率达到20 Hz的点。然而，我们发现，这是一个贫穷的选择轨道平面自旋角测量。相反，我们建议在合并附近的固定无量纲时间或频率测量自旋。这导致了对几个引力波事件的$ϕ_1$和$ϕ_2$的显著改进的测量。此外，使用数值相对论注入，我们表明，$Δϕ$也将更好地测量合并附近的更响亮的信号，预计在未来。最后，我们表明，数值相对论代理模型是可靠地测量轨道平面自旋取向的关键，即使在中等信噪比，如$\sim 30-45$。
2022-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the mass function of isolated stellar remnants with gravitational microlensing. I. Revisiting the OGLE-III dark lens candidates
引力微透镜可以探测到黑暗的恒星残骸--黑洞或中子星--即使它们是孤立的。然而，这是具有挑战性的估计质量孤立的暗恒星遗迹，仅使用光度数据的微透镜事件。最近对OGLE-III长时间尺度微透镜事件的分析显示了年度视差效应，声称许多明亮的事件是由于“质量间隙”物体（质量介于中子星和黑洞之间）。在这里，我们提出了一个更新和校正的方法，可用于估计质量的黑暗恒星残留物中检测到的微透镜事件给定的光变曲线数据和源的自行车的详细描述。我们使用这种更新的方法，结合来自盖亚EDR 3的新自行，来修改之前在OGLE-III数据中发现的暗遗迹候选者的质量。我们证明，在以前的工作中确定的“质量差距”和黑洞事件的质量被高估，因此，这些对象是最有可能的主序星，白矮星，或中子星。
2021-07-29 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Invariant characterization of the Kerr spacetime: Locating the horizon and measuring the mass and spin of rotating black holes using curvature invariants
我们提供了一个不变的克尔时空的物理性质的表征。我们引入两个无量纲的不变量，构造出一些已知的曲率不变量，作为探测器的事件视界和ergosurface的克尔黑洞。我们还表明，质量和角动量可以从本地测量的曲率不变量，这在弱场极限可以用来近似的合并黑洞系统的总角动量和质量提取。最后，我们引入了一个无量纲的不变量，给出了一个局部的措施的“克尔性”的时空。
2015-04-13 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The Ecology of the Galactic Centre: Nuclear Stellar Clusters and Supermassive Black Holes
超大质量黑洞存在于大多数星系核中。这些原子核中的很大一部分还包含一个围绕着黑洞的核星团。在这里，我们考虑的想法，核星团形成的第一和超大质量黑洞成长后。特别是，我们考虑合并的三个星团，形成一个核星团，其中一些集群包含一个单一的中等质量黑洞（IMBH）。在多个星团包含IMBH的情况下，我们讨论了黑洞是否可能合并，以及这种合并是否可能导致合并后的黑洞从核星团中喷出。在某些情况下，没有超大质量黑洞会形成，因为任何合并产物都不会保留。这是一个自然的途径来解释那些含有核星团但显然缺乏超大质量黑洞的星系核; M33是一个附近的例子。或者，如果IMBH合并的产物被保留在核星团中，它可能会随后长大，例如通过恒星的潮汐破裂，形成超大质量黑洞。
2019-07-31 astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring a Black Hole's Area Immediately after Merger: A Direct-Wave Test of Hawking's Area Law
University of Cambridge（剑桥大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
提出一种引力波方法，利用合并后直接波推断克尔等效视界面积，应用于GW250114，在峰值前3-4.5M的分析得到与克尔残余一致的面积，首次实现直接波面积测量并检验霍金面积定律。
2026-06-04 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Stellar Dynamics Around a Massive Black Hole in Steady State
我简要地回顾了进展的理解和建模的相对论恒星动力学周围的大规模黑洞（MBHs）在星系核，包括相干弛豫和长期的过程中的一个新的正式的分析描述的动态。
2015-05-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Global Stellar Budget for LIGO Black Holes
LIGO-Virgo引力波探测器观测到的双黑洞合并提出了两个主要挑战：（i）如何从恒星过程中产生这些大质量的黑洞;（ii）如何使它们足够接近，以便在宇宙年龄内合并？我们推导出一个基本的约束关系的二进制分离和可用的恒星预算在宇宙中产生所观察到的黑洞合并。我们发现，$\lesssim 14\%$的整个预算有助于所观察到的合并率的$(30 + 30)~\mathrm{M}_\odot$黑洞，如果分离是周围的直径，其祖星。此外，升级后的LIGO探测器和第三代引力波探测器预计不会在高红移处发现恒星质量的黑洞合并。从LIGO对对不稳定质量隙（$60-120~\mathrm{M}_\odot$）中黑洞合并的强约束出发，我们发现所有大质量恒星中的$\lesssim 0.8\%$对该质量隙中的剩余黑洞数有贡献.我们推导出的分离$-$预算约束提供了一个强大的框架，用于测试恒星双星黑洞的形成方案。
2019-10-21 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the polarization content of gravitational waves with strongly lensed binary black hole mergers
其他引力理论预测引力波最多有六种不同的偏振模式。引力波的强引力透镜效应使我们能够通过有效地增加来自同一天体物理源的观测次数来探测这些信号的偏振内容。由于多个观察到的透镜化图像与地球的旋转相结合而导致的透镜化时间延迟允许相对于源位置来定义有效的非共置干涉仪，并且因此利用更多的观察来探测替代偏振振幅。为了测量这些振幅，我们联合适合的图像观测到一个单一的引力波信号模型，考虑到图像放大率，时间延迟，和偏振模式振幅。我们表明，对于某些系统，我们可以进行测量的相对模式振幅透镜事件与两个可检测的图像。
2022-11-02 astro-ph.HE gr-qc
On the distribution of stellar-sized black hole spins
黑洞旋转将对用先进探测器搜索引力波产生很大影响。虽然只有少数恒星质量的黑洞自旋已被测量使用X射线技术，引力波探测器有能力大大增加黑洞自旋测量的统计数据。我们展示了我们可能从这些测量中学到的东西，以及黑洞的自旋值如何受到它们形成通道的影响。
2016-04-04 astro-ph.HE gr-qc
Repeated Imaging of Massive Black Hole Binary Orbits with Millimeter Interferometry: measuring black hole masses and the Hubble constant
毫米波长的甚长基线干涉测量（VLBI）正被用来分辨银河黑洞周围环境的事件视界尺度结构，其角分辨率为几十微弧秒。同样的方法也可以解决大质量黑洞双星（MBHB）的轨道分离问题。由于引力波发射和气体，并要求双轨道周期小于10年的双螺旋建模，我们估计可能存在约100个可分辨的MBHB，这些MBHB足够明亮，可以通过毫米波长VLBI仪器在整个天空中观察到，在红移z<0.5。我们建议寻找这些可分辨的MBHB识别双星所需的轨道分离周期类星体的光变曲线中确定的光学和近红外调查。这些光变曲线的候选者可以用射电观测来跟踪，以确定它们在毫米波长VLBI观测中的前景。在双星轨道的时间尺度上进行VLBI观测，可以使双星质量的测量精度达到前所未有的30%以内。结合一个独立的二元质量测量，VLBI观测将允许一个新的（~10%）测量的哈勃常数，独立于目前提出和使用。
2018-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Measuring the Kerr spin parameter of regular black holes from their shadow
在以前的论文中，我们中的一个已经表明，至少在某些情况下，天体物理学黑洞候选者的克尔性质是非常难以测试的，即使在今天无法获得的优秀数据的情况下，当前的技术也无法区分克尔黑洞和巴氏黑洞，尽管这两种背景有很大的差异。在本文中，我们调查的“阴影”附近的超大质量黑洞候选人的检测，不久的将来毫米/亚毫米甚长基线干涉测量实验可以做的工作。更具体地说，我们考虑的测量的克尔自旋参数的Barclay和海沃德定期黑洞从他们的阴影，然后我们比较的结果与估计推断从K $α$铁线和从最里面的稳定的圆形轨道的频率。对于非旋转的黑洞，阴影方法提供了不同的值，因此克尔黑洞假设可能被测试。对于接近极值的物体，所有的方法都给出了非常相似的结果，因此不可能限制克尔解的偏差。目前的工作证实，这是绝对具有挑战性的测试这种指标，即使与未来的设施。然而，探测到一个看起来像快速旋转的克尔黑洞的源，可以对致密物体的性质施加有意义的限制。
2014-01-27 astro-ph.HE gr-qc
Measuring the properties of nearly extremal black holes with gravitational waves
描述黑洞的性质是引力波观测最重要的科学目标之一。天体物理学证据表明，可能存在接近极端的黑洞（即接近理论上限的自旋），因此可能是用引力波观察到的合并黑洞之一。在本文中，我们探讨如何以及目前的引力波参数估计方法可以测量自旋的快速旋转的黑洞的双星。我们模拟引力波信号的数值相对论波形接近极端，合并黑洞。为了简单起见，我们只关注自旋与轨道角动量平行或反平行的双星。我们发现，恢复孔的近极端的自旋是具有挑战性的。当自旋接近极值并且彼此平行时，所得到的参数估计确实恢复了大的自旋，尽管恢复的自旋幅度仍然显著小于真实的自旋幅度。当自旋接近极值并且彼此反平行时，所得到的参数估计恢复了小的有效自旋，但错误地将各个自旋估计为接近零。我们研究了自旋先验的影响，并认为一个常用的先验（均匀的自旋大小和方向）阻碍了大黑洞自旋的无偏恢复。
2018-08-22 astro-ph.HE gr-qc
Massive black holes in stellar systems: 'quiescent' accretion and luminosity
只有一小部分的本地星系拥有吸积黑洞，被归类为活动星系核（AGN）。然而，从球状星团到核星团，再到大质量星系，许多恒星系统都有可能存在黑洞。仅仅是黑洞附近恒星的存在就通过演化恒星的质量损失提供了燃料来源。在本文中，我们评估的预期光度的黑洞嵌入在不同大小和性质的恒星系统，跨越大范围的质量。我们模拟了恒星的分布，并通过几何模型推导出中心黑洞的气体量。我们估计光度的黑洞下简单，但物理接地，假设吸积流。最后讨论了局域宇宙中“静止”黑洞的可探测性。
2011-02-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring stellar and black hole masses of tidal disruption events
当恒星被超大质量黑洞潮汐破坏时产生的耀斑有可能作为黑洞质量和恒星质量的诊断。我们提出了一种新的方法，以实现这一潜力的基础上的物理模型的光学/紫外光的生产，其中冲击附近的远心碎片轨道耗散轨道能量，然后从该地区辐射。测量耀斑峰值处的光学/UV光度和色温直接导致两个质量。黑洞的质量主要取决于在峰值亮度时观测到的温度，而被破坏的恒星的质量主要取决于峰值亮度。我们介绍{ \sc TDEmass}，一种方法来推断的黑洞和恒星质量给定这两个输入量。使用{ \sc TDEmass}，我们发现，对于21个测量良好的事件，黑洞质量在$5\times 10^5$和$10^7 M_\odot$之间，初始质量在0.6和$13M_\odot$之间的破裂星。https://github.com/taehoryu/TDEmass.git上提供了一个用于{ \sc TDEmass}的基于{ \sc python}的开源工具。
2020-10-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Measuring the Direction and Angular Velocity of a Black Hole Accretion Disk via Lagged Interferometric Covariance
我们表明，干涉测量可以应用于研究不规则的，快速旋转的结构，如预期在湍流吸积流附近的黑洞。具体来说，我们分析了类似的长度，但略有不同的方向的干涉基线之间的滞后协方差。对于一个流看起来接近正面，我们证明了滞后协方差的峰值表示的方向和角速度的排放模式从流。即使对于中度倾斜的流动，协方差也能稳健地估计流动方向，尽管估计的角速度可能存在显着偏差。重要的是，当单独分析时间平均图像时，测量天空中的流动方向是顺时针还是逆时针，打破了吸积盘倾角的简并性。我们探索我们的技术使用三维，广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的潜在功效，我们突出了几个基线对的事件视界望远镜（EHT），非常适合这种应用。这些结果表明，EHT可能能够估计人马座A* 附近的发射材料的方向和角速度，并且它们表明旋转流甚至可以用于提高成像能力。
2015-10-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
Measuring the star formation rate with gravitational waves from binary black holes
测量宇宙恒星形成的历史对于理解星系的起源和演化至关重要。使用电磁辐射进行测量是非常具有挑战性的：例如，需要大量的建模来将光度转换为质量，并适当地考虑尘埃衰减。在这里，我们展示了如何检测的引力波从吸入的双黑洞提出的第三代探测器可以用来测量恒星形成率（SFR）的大质量恒星的高精度高达红移~10。根据时间延迟模型，根据目前对当地合并率密度的测量，预测的发现率范围为每月约2，310至约56，740人。在30，000次检测的情况下，描述体积SFR的参数可以被约束在百分之几的水平，并且体积合并率可以在z ~ 2处直接测量到3%。给定一个参数化的SFR，双星形成和合并之间的特征延迟时间可以测量到~ 60%。
2021-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Binary black hole growth by gas accretion in stellar clusters
我们表明，恒星质量的黑洞的双星内形成一个年轻的原球状星团，可以快速增长的星团内的气体吸积的核心内，之前的气体可能从核心耗尽。根据LIGO最近观测到的引力波信号，一个质量约为8个太阳质量的黑洞可以增长到35个太阳质量。由于黑洞质量的增加，双星系统也会变硬。在致密的原球状星团中通过质量吸积的二元黑洞的生长表明了一个潜在的重要的形成和硬化通道。
2019-01-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Merging stellar-mass binary black holes
LIGO和Virgo探测器直接观测到了恒星质量黑洞对合并产生的引力波，以及少量涉及中子星的合并。这些观测结果带来了希望，紧凑的物体合并可以作为恒星和双星演化的探测器，也许还有恒星动力学。这篇研讨会风格的文章总结了现有的观测结果，描述了合并恒星质量黑洞双星的形成通道的理论预测以及它们的速率和可观测性质，并提出了引力波天文学的一些前景。
2022-01-19 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Mass Measurements of Stellar and Intermediate Mass Black-Holes
我们讨论的方法，和潜在的系统影响，用于测量质量的恒星质量的黑洞的X射线双星。我们限制我们的讨论依赖于开普勒定律的有效性的方法，我们称这种方法为动力学方法。我们简要地讨论了恒星质量的黑洞的质量分布的影响，并提供了未来的测量前景。此外，我们研究了中等质量黑洞存在的证据，即质量超过100 Msun的黑洞，这是当前宇宙中恒星演化可以产生的黑洞质量的极限。
2013-12-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Stellar-Mass Black Holes and Their Progenitors
如果一个黑洞的自旋值很低，那么它的质量必须加倍才能达到一个高自旋参数。虽然对于银河系中心的超大质量黑洞来说，这很容易通过合并或吸积来实现，但对于X射线双星中的恒星质量黑洞来说，这是不可能的。因此，恒星质量的黑洞的自旋分布几乎是原始的，主要反映了它们产生时的角动量。这一事实可以帮助我们了解两个基本问题：超新星和伽马射线暴的中心引擎的性质是什么？宇宙中第一个黑洞的自旋分布是什么？
2009-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR
Measuring the spins of heavy binary black holes
要了解它们的起源，就需要对合并中的各个黑洞的自旋进行精确的测量。虽然以前的研究表明，大部分的自旋信息来自于信号的inspiral部分，但对重双星黑洞系统GW 190521的信息自旋测量表明，合并和环降可以对这种大质量系统的自旋约束做出显着贡献。我们使用一个包含自旋诱导进动和高阶模影响的数值相对论替代波形模型对单个重双星黑洞合并的自旋参数的可测性进行了系统的研究。我们发现GW190521类系统的自旋测量是由信号的合并和衰荡部分驱动的，但测量的不确定性随着系统的总质量而增加。即使对于在中等信噪比下观察到的系统，我们也能够对自旋参数进行有意义的约束，但可测量性取决于系统的精确六维自旋构型。最后，我们发现，在一个给定的参考频率的组件自旋矢量的平面内的投影之间的方位角不能很好地测量我们的模拟配置，即使是高信噪比观察到的信号。
2021-11-16 astro-ph.HE gr-qc
Orbital Migration of Interacting Stellar Mass Black Holes in Disks around Supermassive Black Holes
由高级激光干涉引力波天文台（LIGO）推断的恒星质量黑洞双星（sBHB）的合并率表明需要一个有效的sBHB形成源。活动星系核（AGN）盘是一个有希望的位置，形成这些sBHB，以及其他致密物体的双星，因为强大的扭矩施加的气体盘。这些气体扭矩导致轨道紧凑的物体向向内和向外扭矩抵消的区域迁移，称为迁移陷阱。我们模拟恒星质量的黑洞的迁移在一个例子中的模型AGN磁盘，使用增强的N体代码，其中包括迁移扭矩的解析近似，随机引力施加的湍流密度波动在磁盘上，和倾斜和偏心阻尼产生的通道通过气体盘，除了标准的物体之间的引力。我们发现，当恒星质量的黑洞向迁移陷阱迁移时，sBHB在我们的模型盘中迅速形成。这些sBHB可能随后在短时间内合并。这一过程继续下去，导致大量超大质量恒星质量的黑洞的形成。活动星系核盘中sBHB的形成可能对LIGO推测的sBHB合并率有重要贡献。
2019-11-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring the mass of the black widow PSR J1555-2908
准确测量中子星的质量是检验双星演化模型和约束中子星状态方程的必要条件。在脉冲星双星没有可测量的后开普勒参数，这需要一个准确的估计双星系统的倾角和伴星的径向速度的其他手段比脉冲星计时。在本文中，我们提出了一种新的方法来测量这种径向速度使用二进制合成代码伊卡洛斯的结果。这种方法依赖于构建一个模型的潮汐扭曲，辐照恒星的光谱，作为一个给定的二进制配置。这种方法被应用到新发现的黑寡妇PSR J1555-2908的光谱。通过模拟光学光谱学和光学光度学，我们发现伴星的径向速度为$397\pm4$ km s $^{-1}$（误差在95\%置信区间引用），以及$>75^{\rm o}$的二元倾角。结合$γ$射线脉动时间信息，这给出了中子星质量为1.67 $^{+0.15}_{-0.09}$ M $_\odot$，伴星质量为0.060 $^{+0.005}_{-0.003}$ M $_\odot$，将PSR J 1555 -2908置于观测到的黑寡妇系统的上限。
2022-02-09 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stellar-mass black holes in young massive and open stellar clusters IV: updated stellar-evolutionary and black hole spin models and comparisons with the LIGO-Virgo O1/O2 merger-event data
我提出了一套长期的，直接的，相对论性的多体计算模型密集的星团与最新的恒星演化，超新星（SN），和残留的自然踢模型，包括对不稳定性和脉动对不稳定性超新星（PSN和PPSN），使用更新版本的NBODY 7 N体模拟程序。N体模型还包括基于恒星演化的黑洞诞生自旋和基于数值相对论的双黑洞合并处理。这些，第一次在一个直接的N体模拟，允许第二代BBH合并。这套65个演化模型的初始质量为$10^4M_\odot-10^5M_\odot$，大小为1 pc-3 pc，金属丰度为$0.0001-0.02$，大质量恒星位于原始双星中，它们代表年轻大质量星团（YMC）和中等质量的疏散星团（OC）。这样的模型产生动态配对的BBH合并，与观测到的质量，质量比，有效自旋参数和LVC O 1/O2合并事件的最终自旋很好地吻合，前提是BH出生时具有低自旋或没有自旋，但在经历BBH合并或物质吸积后自旋上升。特别是，明显较高的质量，有效自旋参数，GW 170729并合事件的末自旋和O3事件GW 190412的质量不对称性也被自然再现。计算的模型产生大量的，$\sim100M_\odot$ BBH合并与初级质量内的“PSN差距”，也产生合并涉及残余的“质量差距”。他们还认为，YMC和OC产生持久的，LISA可检测到的本地宇宙GW源。这样的星系团也能够产生古怪的LIGO-Virgo合并。
2020-08-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring the Kerr spin parameter of a non-Kerr compact object with the continuum-fitting and the iron line methods
在天体物理学黑洞候选者是广义相对论的克尔黑洞的假设下，连续拟合方法和K $α$铁线的分析是今天唯一能够提供这些物体的自旋参数的相对可靠的估计的可用技术。如果我们放松克尔黑洞假设，我们试图测试黑洞候选者的性质，我们发现，有一个很强的相关性之间的测量自旋和可能偏离克尔解决方案。在自旋参数为$a_*$的克尔时空中发射的辐射的性质确实非常相似，实际上与自旋不同的非克尔物体周围发射的辐射的性质几乎无法区分。在本文中，我解决的问题，无论是测量克尔自旋的连续拟合方法和K $α$铁线分析相同的对象可以用来要求克尔性质的黑洞候选人的情况下，一致的结果。在这项工作中，我考虑了两个非克尔度量，似乎答案确实取决于特定的背景。这两种技术可以提供非常相似的结果（Barclay度量的情况）或显示差异（Johannsen-Psaltis背景）。
2013-08-12 astro-ph.HE gr-qc
Black holes as the end state of stellar evolution: Theory and simulations
本文综述大质量恒星坍缩形成黑洞的理论与模拟研究，梳理铁核坍缩、对不稳定坍缩和超大质量恒星坍缩等演化通道，并讨论双星相互作用对恒星级黑洞形成的影响。
2023-04-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Eccentric Signatures of Stellar-Mass Binary Black Holes with Circumbinary Disks in LISA
本文结合盘驱动与引力波驱动演化模型，揭示带环双星盘的恒星级双黑洞在LISA频段的可探测偏心率特征及其与质量比的关联。
2024-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Peculiar objects in the birthplaces of radio pulsars -- stellar-mass black hole candidates
我们进行搜索的空间区域中的恒星质量的黑洞候选人增加其发生的概率，孤立的基础上的紧凑的对象起源于破坏双星的进化方案。我们利用可用的光谱或光度数据以及测量的自行和距离来分析位于这些区域的源。九个物体表现出与孤立黑洞的理论预测相对应的特征，被标记为进一步研究的黑洞候选者。
2023-01-18 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Stellar-Mass Black Holes
本文综述恒星级黑洞的物理与天体物理，涵盖其形成、探测现状、各类存在形式及未解决问题，还提及向最近黑洞发射星际任务的构想。
2025-08-26 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Measuring the black hole masses in accreting X-ray binaries by detecting the Doppler orbital motion of their accretion disk wind absorption lines
到目前为止，基本上所有X射线双星中的黑洞质量都是通过观测伴星的速度和光变曲线作为轨道相位的函数而获得的。然而，一个主要的不确定性是对X射线双星轨道倾角的估计。本文建议通过直接测量黑洞的轨道运动来测量X射线双星中的黑洞质量，从而得到伴星与黑洞的质量比。在这种方法中，我们假定吸积盘风随黑洞运动，因此黑洞的轨道运动可以由吸积盘风中产生的吸收线的多普勒速度得到。通过分析GRO J1655-40的Chandra/HETG观测数据，我们验证了该方法的有效性，其中由盘风吸收线的多普勒速度推断的黑洞轨道运动的视线速度为90.8（+-11.3）km/s，与由其先前测量的系统参数预测的结果一致。我们得到GRO J1655-40中的黑洞质量为5.41（+0.98，-0.57）太阳质量，系统倾角为72.0（+7.8，-7.5）度。对该源进行更多轨道相位的额外观测，可以大大改善对其系统参数的估计。然后，我们应用该方法的黑洞X射线的二进制LMC X-3观察与HST/COS附近的轨道相位0.75。我们发现CIV偶极子的盘风吸收线移动到大约50 km/s，这产生了0.6的伴星与黑洞的质量比，假设盘风速度为-400 km/s。覆盖其他轨道相位（特别是0.25）的额外观测对于简化这一假设并直接限制质量比至关重要。这种方法原则上也可应用于任何具有可探测的吸积盘风吸收线特征的吸积致密天体。
2012-01-17 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Exploring stellar evolution with gravitational-wave observations
最近探测到的合并双黑洞产生的引力波为研究大质量恒星的演化和黑洞的形成提供了新的可能性。特别是，恒星演化模型可能会受到限制的基础上的差异，预测分布的黑洞质量和红移。在这项工作中，我们提出了一个框架，结合星系和恒星演化模型，并用它来预测合并的双黑洞的检测率为各种恒星演化模型。我们讨论的前景约束的时间延迟分布的形状合并二进制文件只使用观测到的啁啾质量分布。最后，我们考虑了一个原生黑洞形成的一般模型，并讨论了将其与恒星起源的黑洞区分开来的可能性。
2018-09-09 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Observational Support for Massive Black Hole Formation Driven by Runaway Stellar Collisions in Galactic Nuclei
在这里，我们探讨了大规模的黑洞形成恒星碰撞驱动的星系核的情况下，提出了一个新的形成制度的全球不稳定性的核星团失控恒星碰撞触发。使用数量级估计，我们发现，观察到的核星团避免恒星碰撞的制度是动态相关的整个系统，而解决检测大规模黑洞是这样的碰撞为主的制度。我们解释这一结果的大质量黑洞和核星团是一个共同的形成机制不同的演化路径，统一的标准术语下，都是中心的大质量物体。我们提出了一个形成的情况下，中央大质量的物体质量比$\rm \sim 10^8 \, Msun$，这也有弛豫时间长，他们的碰撞时间，将过于密集（维里平衡）是全球稳定的恒星碰撞和大部分的质量将崩溃对形成一个大规模的黑洞。实际上，这只会发生在密度较低的中心质量天体的核心，导致形成具有低得多的黑洞效率$\rm ε_{BH} = \frac{M_{BH}}{M_{CMO}}$的黑洞，对于质量比$\rm \sim 10^7 \, Msun$大的中心质量天体，这些效率$\rm ε_{BH}$急剧增加，接近$\rm M_{CMO} \sim 10^8 \, Msun$周围的1。我们表明，提出的方案成功地解释了大质量黑洞和核星团之间质量、效率和标度关系的相对趋势。
2020-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
