Decoding the final state in binary black hole mergers
我们证明，在二元黑洞合并有一个直接的相关性之间的引力波的频率在峰值振幅和质量和自旋的最终黑洞。这种相关性可能有助于分析双黑洞合并的引力波观测。
2014-07-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic outflows in a class of scalar-tensor theories: binary neutron star coalescence
正如我们在以前的工作中所展示的，在某些标量张量理论中，双中子星系统的动力学和引力辐射可能与广义相对论在合并阶段的预期有很大不同。在这项工作中，我们研究这些二进制的电磁对应物的特性-磁层相互作用驱动的合并事件之前-可以提供一个独立的方法来测试重力在最强的动态阶段的二进制合并。我们发现，在这些标量张量理论的双星发射的电磁通量可以显示在特定情况下从GR预测的偏差。这些差异是相当微妙的，因此需要精细的测量来区分GR和本工作中考虑的标量张量理论类型，仅使用电磁观测。然而，如果与引力波探测相结合，电磁测量可能会提供一种方法来增加重力观测确认（或排除）GR的置信度。
2015-04-20 astro-ph.HE gr-qc
Superradiant scattering of electromagnetic waves emitted from disk around Kerr black holes
研究了赤道面上薄圆盘包围的Kerr黑洞周围的电磁扰动。我们的主要目的是揭示从盘表面发射的电磁波的黑洞超辐射。用出射Kerr Schild场描述圆盘辐射，用真空波场描述超辐射散射，并在视界上加入真空波场以满足入射条件。给出了圆盘表面能流的计算公式，研究了圆盘-黑洞系统的能量输运。在低频近似下，我们发现从旋转黑洞中提取的能量主要被输运回盘，并讨论了在无穷远处观测到的电磁波的能谱。
2010-09-11 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Radiation Accompanying Gravitational Waves from Black Hole Binaries
重新讨论了大质量黑洞双星合并产生的强大引力波在外部磁场中向电磁辐射的转化。与以前的类似效应的计算相比，我们研究了引力辐射频率低于周围介质的等离子体频率的现实情况。在等离子体中传播的引力波不断地产生电磁辐射，并将其拖在一起，尽管频率很低。在具有强磁场的热稀薄等离子体中，由未衰减的电磁波加热等离子体可能是显著的，并且可以导致具有更高频率的电磁辐射的显著突发。本文讨论了等离子体中引力子到光子的转换效应，并与GW 150914和GW 170104的可能的电磁对应物作了比较。
2017-08-26 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational and electromagnetic outputs from binary neutron star mergers
在吸气中子星双星的晚期，由于其高动态、强引力，会产生强的引力波辐射。此外，恒星磁层之间的相互作用可以产生相当大的电磁辐射。我们研究这种情况下使用完全广义相对论，电阻磁流体力学模拟。我们发现，这些相互作用提取系统的动能，散热，功率辐射坡印亭通量，以及开发电流片。我们的研究结果表明，这种功率可以：（i）胜过双星中的双星，（ii）显示出独特的角度和时间依赖的模式，（iii）在大的开角内辐射。这些性质表明，一些双中子星合并是理想的候选人多信使天文学。
2013-07-24 astro-ph.HE gr-qc
Causal extraction of black hole rotational energy by various kinds of electromagnetic fields
最近的广义相对论MHD模拟表明，来自活动星系核（AGN）的相对论喷流是由中心黑洞的旋转能量驱动的。人们提出了一些提取黑洞转动能的机制，如彭罗斯过程、布兰德福德-兹纳杰克机制、磁流体彭罗斯过程和超辐射机制。Blandford-Znajek机制是活动星系核相对论喷流最有希望的动力机制。然而，这种因果机制的直观解释还不清楚，而彭罗斯过程对负能量黑洞的因果能量提取有明确的解释。本文提出了一个建立物理直观的公式，使得在Blandford-Znajek机制以及其他电磁过程中，负电磁能在因果地提取黑洞的转动能方面起着重要的作用。
2014-07-26 astro-ph.HE gr-qc
Testing black hole candidates with electromagnetic radiation
天体物理学上的黑洞候选者被认为是广义相对论中的克尔黑洞，但还没有直接的观测证据表明这些物体周围的时空几何是由克尔解描述的。对围绕这些天体运行的气体或恒星发出的电磁辐射的性质进行研究，可以潜在地检验克尔黑洞假说。在本文中，我回顾了这一研究领域的最新进展，描述了用当前和未来的观测设施测试克尔度规的可能方法，并讨论了当前的限制。
2017-04-06 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic field of a charge asymptotically approaching spherically symmetric black hole
本文研究了落入Schwarzschild黑洞的测试带电粒子的电磁场，通过解析求解Regge-Wheeler方程，证明其电磁场随时间指数收敛为球对称静电场，并渐近趋同于Reisnner-Nordström解。
2023-05-29 astro-ph.HE gr-qc
Possible role of magnetic reconnection in the electromagnetic counterpart of binary black hole merger
我们提出了一个定性的方案来解释的引力波事件GW 150914的直接测量的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）-处女座合作和硬$X$ -射线瞬变检测费米-伽马射线暴监视器（GBM）$0.4$秒后的争论之间的关联。在一个双星系统中，两个引力坍缩的物体带有不为零的电荷，在合并过程中发生的两个磁层的补偿，通过磁重联，产生了一个高度准直的相对论流出，变得光学薄，并在GBM视场中闪耀。我们建议，这一过程应被视为一个共同的在未来的联合引力/电磁探测，在中子星-中子星合并事件的情况下，可能会导致可检测的$X$ -或$γ$ -射线的前兆，或瞬态与，引力爆发。
2018-04-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic waves from neutron stars and black holes driven by polar gravitational perturbations
中子星和黑洞是我们能想到的最紧凑的天体，因此它们是引力波的主要来源。有许多与天体物理学有关的情景，其中这些物体沉浸在或被赋予强磁场，以这种方式，引力扰动可以耦合到电磁扰动，并可能触发协同电磁特征。在最近的一篇论文中，我们导出了引力电磁扰动的主要方程，并详细研究了由轴向引力扰动驱动的极区电磁扰动的情况。本文讨论了由极区黑洞或中子星振荡驱动的轴向电磁扰动的情形，在这种情形下，辐射出的能量比前一种情形大得多。在中子星的情况下，这种现象持续的时间要长得多，因为流体充当了一个能量库，在秒级的时间尺度上震动磁场。
2014-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Particle acceleration driven by null electromagnetic fields near a Kerr black hole
短时间尺度的变率通常与黑洞系统有关。假设克尔黑洞附近突然产生的电磁流出是由一个具有零电流的无力场的解来描述的，我们考虑了这种电磁流出的后果。我们计算了由爆发场引起的带电粒子加速度。粒子与场之间的相互作用的特征在于一个大的无量纲数。我们表明，粒子是瞬间加速到相对论性制度的领域具有非常大的振幅。在超大质量黑洞附近发生的事件中，质子所能获得的典型最大能量是$E_{\rm max} \sim 100$ TeV，这足以观测到高能耀斑。
2020-12-24 astro-ph.HE gr-qc
Anisotropic mass ejection from black hole-neutron star binaries: Diversity of electromagnetic counterparts
黑洞-中子星双星的合并过程中，当中子星在合并前发生破裂时，可以喷射出质量约为0.01-0.1M_sun的物质。喷出物表现出明显的各向异性，并在一个特定的方向与体积速度约0.2c。这与双中子星合并有很大的不同，后者的喷出物几乎是各向同性的。各向异性喷出物带来了黑洞-中子星双星特有的电磁对应体多样性，如视角依赖性、极化和自行。本文还讨论了黑洞的反冲速度、引力波记忆发射和宇宙线加速等问题。
2013-08-23 astro-ph.HE gr-qc
Do we expect to detect electromagnetic radiation from merging stellar mass black binaries like GW150914? No
内容：LIGO联盟宣布首次直接探测到来自两个合并黑洞的引力波事件GW 150914;然而，黑洞的性质仍然不清楚。目的：研究合并恒星质量的黑色双星GW 150914是否能探测到电磁辐射。研究方法：我们简要地探讨了aLIGO观测到的GW 150914合并事件中两个恒星质量黑洞的可能生长和合并过程。我们的主要结果是：（1）用已有黑洞的定态度规描述黑洞的生长，预言了合并黑洞的强电磁辐射，这与GW 150914不一致;（2）在两个黑洞的并合中，如在GW 150914事件中，只能产生引力波辐射，如果黑洞的增长是使用时间相关的度量来描述的，考虑到落入的物质对预先存在的黑洞的影响，如由远处的外部观察者所计时的。结论：未来对合并黑洞产生的引力波的高灵敏度探测可能被用于探测视界附近的物质分布和时空几何。也许只有当黑洞在最后合并之前嵌入到极其稠密的介质中时，才能用传统的天文学观测来识别类似GW 150914的事件，此时会产生非常强的电磁辐射并可以从系统中逃逸。
2016-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Counterparts to Black Hole Mergers
在双黑洞（BH）合并的最后时刻，系统的引力波（GW）亮度大于整个可观测宇宙的电磁输出之和。然而，GW与普通物质之间极弱的耦合使得这些波很难直接检测到。幸运的是，螺旋BH系统将与宿主星系中的任何周围物质发生强烈的相互作用-在纯粹的牛顿水平上，这种物质反过来可以产生在地球上可检测到的独特电磁（EM）信号。通过确定GW源的EM对应物，我们将能够研究合并BH的宿主环境，从而大大扩展像LISA这样的任务的科学产量。
2010-10-15 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic extraction of energy from merging black holes
我们计算了合并黑洞产生的瞬发内禀坡印廷势的演化。绕轨道运行的黑洞引起时空的旋转。在轨道外的吸积盘所支持的磁场存在下，这会导致通过Blandford-Znajek型过程产生电磁流出，其光度为$L_{EM} \sim G^3 M^3 B^2/(c^5 R_{orb}) $，并在合并时达到相当低的$L_{EM} = 10^{37}-10^{39} m_6 $ erg s $^{-1}$（$m_6$是黑洞的质量，以太阳质量为单位）的最大值。耗散的风力发电可能会产生两种类型的观察到的签名：一个高度可变的准直发射来自内部耗散内的射流和宽带近各向同性发射产生的终端冲击。
2010-12-21 astro-ph.HE gr-qc
Testing the No-Hair Theorem with Observations of Black Holes in the Electromagnetic Spectrum
根据无毛定理，天体物理学上的黑洞是由它们的质量和自旋唯一描述的。在本文中，我们审查了一个新的框架，检验无毛假设与观测的电磁波谱。该方法是制定一个克尔类时空包含一个四极矩，是独立的质量和自旋。如果无毛定理是正确的，那么与克尔度规四极矩的任何偏差都必须为零。我们将展示如何即将到来的VLBI成像观测的Sgr A* 以及光谱观测的铁线吸积黑洞与IXO可能会导致第一次天体物理测试的无毛定理。
2010-10-22 astro-ph.HE gr-qc
Analytic properties of electromagnetic field of binary compact stars and electromagnetic precursors to gravitational waves
解析地研究了包含至少一颗中子星的密近双星周围真空中电磁场的性质。我们表明，中子星的轨道运动诱导高多极模式的电磁场合并之前。这些模式被叠加形成一个螺旋臂配置和它的边缘被发现是一个可能的网站为磁重联。这些模式也使中子星双星的总坡印亭通量增加了2- 4倍。我们还指出，由轨道运动引起的电场导致磁层周围的双星和估计其等离子体密度，它有不同的参数依赖于Goldreich-Julian密度。利用这些性质，我们讨论了引力波事件可能的电磁对应物，并确定无线电前兆，如快速射电暴，作为最有前途的观测目标。
2020-08-11 astro-ph.HE
Electromagnetic Counterparts of Stellar-mass Binary Black Hole Mergers in AGN Accretion Disks: Theoretical Models and Observational Status
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Guizhou University（贵州大学）
本文综述了活动星系核吸积盘中恒星质量双黑洞并合的电磁对应体研究，总结其发生证据、辐射机制与观测现状，并探讨未来多信使观测前景。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Binary Neutron Star Mergers with Missing Electromagnetic Counterparts as Manifestations of Mirror World
我们认为，大部分的二进制合并，这可能会提供引力波信号可检测的LIGO/室女座，从隐藏的镜像部门出现。除了引力作用，镜像粒子不会与普通观测者发生相互作用，这就是为什么与镜像物质组成的成分合并时，预期不会有伴随引力波的电磁信号。因此，如果宇宙的暗物质预算主要是由镜像粒子贡献的，我们预测，只有大约一个双中子星（中子星-黑洞）合并的10个，可观察到的LIGO/处女座，特别是在相对于视线有利的条件下，可能伴随着提示伽马射线暴和其他电磁信号适合后续观测。LIGO/Virgo在第三次观测运行期间记录的候选事件列表似乎支持我们的预测。
2020-04-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Black Hole Polarimetry I: A Signature of Electromagnetic Energy Extraction
本文提出利用近视界偏振图像的相位∠β₂作为电磁能量提取的直接探针，并基于EHT对M87*的观测数据验证了该方法的可行性。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc
Outgoing electromagnetic power induced from pair plasma falling into a rotating black hole
我们研究了黑洞旋转过程中吸积对等离子体到输出坡印廷通量的能量转换。我们的方法是基于一个双流体模型组成的碰撞对等离子体。与理想磁流体力学近似不同，电势沿磁场线不是恒定的。我们展示了如何以及在哪里产生的纵向电场和环形磁场的旋转，而他们消失的径向流在一个分裂的磁场在史瓦西黑洞。对于小自旋参数的微扰方程，应用WKB方法计算了稳态下的出射电磁功率。在我们的模型中，光度在黑洞附近有一个峰值，但在事件视界和无穷远处衰减。峰值功率与Blandford-Znajek过程中的功率在同一数量级，尽管物理机制不同。
2015-09-16 astro-ph.HE gr-qc
Ultrarelativistic electromagnetic counterpart to binary neutron star mergers
我们提出了一种可能性，超相对论电磁对应的引力波从双中子星合并在几乎所有的视角。我们提出的机制依赖于合并激波传播加速一个较小的质量在外部的中子星地壳到一个较大的洛伦兹因子$Γ$与较小的能量$\sim 10^{47} Γ^{-1}$尔格。这种机制是很难解决目前的三维数值模拟。流出物通过冲击周围的介质，发出持续数秒至数天的同步加速器耀斑。超相对论耀斑在早期和高能波段发光，可能被当前的X射线到射电仪器（如Swift XRT和Pan-STARRS）探测到，甚至在EVLA的低环境密度$\sim 10^{-2}$ cm $^{-3}$中也能探测到。耀斑探测并合的位置和时间，并作为黑洞-中子星流出的合并类型将是非/轻度相对论性的。
2013-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Follow-up Observations of Binary Neutron Star Mergers with Early Warnings from Decihertz Gravitational-wave Observatories
我们调查的前景电磁后续观测的双中子星（BNS）合并，与早期预警的帮助下，分赫兹引力波（GW）天文台，B-DECIGO和DO-最佳。在前人工作的基础上，我们不仅对不同$γ$射线卫星和BNS星群模型的联合短$γ$射线暴（sGRB）探测率进行了快速评估，而且对不同极限星等的巡天望远镜的多波段千诺瓦探测进行了详细的分析和结果。在一个假设的4年的任务时间为分赫兹GW观测站，我们发现，对于电磁后续行动的目标，DO-最佳表现优于B-DECIGO作为一个整体的检测率，并有一个更大的可探测距离联合sGRB/kilonova搜索。以BNS合并的对数正态总体模型和一天的预警时间为例，讨论了利用电磁设备和分赫兹GW探测器进行的各种协同观测的定位和定时精度以及红移分布。在此基础上，我们提出了一种可行的“等待”模式作为未来多信使天体物理的新探测模式。
2022-06-20 astro-ph.HE gr-qc
General relativistic simulations of binary black hole-neutron stars: Precursor electromagnetic signals
首次对自旋和非自旋黑洞轨道上的中子星磁层进行了广义相对论无力模拟。我们发现有希望的前体电磁发射：典型的坡印廷光度，例如，对于1.4太阳质量的NS和10^{13}G极向磁场，6.6倍NS半径的轨道间隔为L ~ 6 x 10^{42} erg/s。坡印廷通量在方位角方向上约40度的宽光束内以及距轨道平面约60度内达到峰值，建立了可能的灯塔效应。我们的计算虽然是初步的，但我们计划在未来对这些系统进行更详细的模拟。
2013-07-17 astro-ph.HE gr-qc
Estimating the Prompt Electromagnetic Luminosity of a Black Hole Merger
虽然最近的数值相对论工作在量化黑洞合并的引力波光度方面取得了巨大的进步，但对可能与这些事件直接相关的电磁光度却知之甚少。我们表明，只要一对合并的黑洞附近的气体中沉积的热量与其总质量成正比，并且紧邻的气体的表面密度大于使其光学厚度所需的（相当小的）量，则与合并直接相关的发光度的特征尺度是与气体质量无关的爱丁顿发光度。光子信号的持续时间与气体质量成正比，并且通常比合并事件更长。在更大的距离上，气体轨道重新调整到黑洞新的自旋方向所产生的耗散可以补充轨道调整所获得的能量耗散到引力辐射所损失的质量上;这两个热源可以结合起来，在更长的时间尺度上增加电磁辐射。
2009-11-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Second Decoupling Between Merging Binary Black Holes and the Inner Disc--Impact on the Electromagnetic Counterpart
两个超大质量黑洞（SMBH）的合并会产生强大的引力波（GW）辐射，如果附近存在气体，还会产生电磁（EM）辐射。在标准的图像中，当双星从环双星盘中“挤压”出来并开始在次级轨道内“挤压”盘时，会产生EM爆发，导致其快速吸积到主黑洞上。在这里，我们使用分析论证和数值模拟来表明，SMBH约$20~R_S$内的圆盘在合并中幸存下来，而不会被耗尽。其原因是“第二次解耦”：由于潮汐加热和低效冷却，内部圆盘变厚，有效地与双星的相互作用解耦。我们表明，这第二次去耦淬火盘${\cal O}(10^2)$天聚结前的热源。这将使峰值UV/X射线光度明显弱于以前的想法。合并后，残留的圆盘冷却并膨胀，与外圆盘合并，而不是完全吸积。这导致连续的EM发射，阻碍了早期研究中提出的截止和重新变亮的检测。
2016-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Linking electromagnetic and gravitational radiation in coalescing binary neutron stars
本文在文献\cite{Palenzuela:2013hu}中介绍的吸气中子星双星晚期的引力和电磁辐射的研究基础上进行了扩展。恒星磁层之间的相互作用，由合并的极端动力学驱动，可以产生相当大的外流。利用相对论、电阻性MHD演化程序研究了双中子星系统在螺旋和合并过程中产生的引力波和电磁波。我们发现，恒星磁层之间的相互作用提取系统的动能和功率辐射坡印亭通量和热耗散。这些特征强烈地依赖于初始恒星磁矩的配置。我们的研究结果表明，这种功率可以强烈地胜过双星中的双星，并具有独特的角度和时间依赖的模式。我们的讨论提供了比参考文献\cite{Palenzuela:2013hu}更多的细节，显示了在螺旋过程中发生的不同效应的明确证据。我们的模拟包括实际合并后的几毫秒，并研究超大质量中子星形成过程中磁场的动力学。我们还简要讨论了观察这种排放的可能性。
2013-08-19 astro-ph.HE gr-qc
Modeling dynamical ejecta from binary neutron star mergers and implications for electromagnetic counterparts
两颗中子星的并合除了发射引力波外，还会产生多种电磁信号。在这项工作中，我们结合了大量的数值相对论模拟不同的群体进行，我们提出了适合的质量，动能，和速度的动态喷出的物质。此外，我们评论喷出物的几何形状和组成，并讨论恒星的个别旋转的影响。导出的拟合可以用来近似的光度和光曲线的千新星（macronovae）和估计的无线电耀斑的主要属性。在GW检测的情况下，当质量的第一估计可用时，二元参数和EM信号之间的这种相关性允许近似可能的EM对应物。经过可能的kilonovae观测，我们的结果也可以用来限制数值相对论模拟所覆盖的参数空间的区域。
2016-12-12 astro-ph.HE gr-qc
White dwarfs stripped by massive black holes: sources of coincident gravitational and electromagnetic radiation
白矮星螺旋进入质量为$\MBH\simgt 10^5M_\odot$的黑洞，是LISA波段引力波的可探测源。在许多这样的事件中，白矮星在螺旋上升的主要观测阶段开始失去质量。质量损失开始缓慢，可以持续数千个轨道。白矮星的物质在每一次近心通道都通过$L_1$点溢出洛希瓣，质量损失周期性地重复。这个过程发生在离黑洞非常近的地方，释放出的气体可以吸积，产生一个亮度接近爱丁顿极限的明亮辐射源，$L\sim 10^{43}$ ~erg~s $^{-1}$。这类灵感为引力波和电磁辐射的双重探测提供了一个有希望的方案。
2010-08-10 astro-ph.HE gr-qc
Can the Slow-Rotation Approximation be used in Electromagnetic Observations of Black Holes?
未来对黑洞的电磁观测可能使我们能够在强场范围内检验广义相对论。然而，这样的测试需要修正引力理论中旋转黑洞解的知识，其中一类不承认克尔度规作为解。修正理论中的几个旋转黑洞解只在慢旋转近似下被发现（即假设自旋角动量远小于质量的平方）。在这里，我们调查是否由于这些黑洞度量的近似性质的系统误差是足够小的相对于观测误差，允许他们使用电磁观测约束偏离广义相对论。我们解决这个问题，考虑是否从慢旋转近似的克尔度规的电磁观测量可以适合从全克尔度规的系统误差小于当前的观测误差构造的观测量。我们专注于黑洞阴影和连续光谱观测，因为这些是受吸积盘物理影响最小的，目前的观测误差约为10%。我们发现，分数系统误差引入使用二阶，缓慢旋转的克尔度规是最多2%的阴影所产生的黑洞与无量纲自旋$χ\leq0.6$。我们还发现，对于无量纲自旋为$χ\lesssim 0.9$的黑洞，用慢旋转Kerr度规作为精确度规来构造连续谱观测量所引入的系统误差是可以忽略的.我们的研究结果表明，在慢旋转近似中发现的修改后的重力解可以用来约束连续谱和黑洞阴影观测与广义相对论的实际偏差。
2016-04-21 astro-ph.HE gr-qc
Disk draining in LIGO progenitor black hole binaries and its significance to electromagnetic counterparts
本文通过二维流体动力学模拟发现，双黑洞旋进过程中激发的螺旋波会加速遗迹吸积盘的质量和角动量传输，导致吸积盘在黑洞合并前被排空，从而降低了探测到电磁对应体的可能性。
2025-03-01 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic precursors to gravitational wave events: Numerical simulations of flaring in pre-merger binary neutron star magnetospheres
从中子星合并事件中探测到引力波，开辟了多信使天文学的新领域，将引力波事件与短伽马射线暴和千诺瓦余辉联系起来。另一个尚未发现的电磁对应物是两颗中子星在合并前磁层的非平凡相互作用产生的前兆发射。通过对轨道中子星进行特殊相对论无力模拟，我们讨论了不同磁场方向的影响，并展示了如何通过双星中存在的差动运动显着增强发射，无论是由于恒星自旋还是恒星磁层未对准。我们发现，建立扭曲的磁通量管连接两颗星可以导致重复发射的强大耀斑的各种轨道配置。我们还讨论了耀斑过程中潜在的相干射电辐射机制。
2020-04-14 astro-ph.HE gr-qc
Electromagnetic Albedo of Quantum Black Holes
本文计算了量子黑洞视界周围的正负电子霍金等离子体对电磁波的反射率。我们采用“修改的防火墙猜想”的模糊球[arXiv：hep-th/0502050，arXiv：1711.01617]，在那里我们考虑显着的电磁相互作用周围的地平线。虽然以前的工作已经把这个问题作为一个电子-光子散射过程，我们发现，传入的量子集体相互作用的费米激发的霍金等离子体在低能量。我们通过两种不同的方法推导出这个公式：一种是利用相对论等离子体色散关系，另一种是利用光子传播子的单圈修正。这两种方法都发现霍金等离子体对长波长光子的反射率是显著的，与以前的说法相反。这将导致电磁辐射的增强，频率相当于真空中黑洞视界的霍金温度。我们评论这种影响可能观察到的后果。
2021-07-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Electromagnetic counterparts to gravitational waves from black hole mergers and naked singularities
我们认为，在这里的问题是否建议电磁对应的引力波信号在二进制黑洞合并可能是由于一个'短命'裸奇点的外观合并过程中。我们指出，在合并过程中，时空的拓扑结构发生了变化，这可能导致裸奇点的出现。如果在黑洞系统的周围存在某种物质，其形式是一个小的吸积盘，那么在合并过程中发出的光度将允许区分裸奇点形成的情况和视界一直存在的情况。事实上，与"纯"黑洞的情况相反，在裸奇点形成的情况下，发射的光度谱要高得多。我们认为，这种瞬态裸奇点的存在将更容易解释合并过程中电磁对应物的高亮度。
2016-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Electromagnetic Luminosity of the Coalescence of Charged Black Hole Binaries
费米GBM小组对一个可能的电磁对应物的观测，与alIGO探测到的黑洞双星合并的观测，产生了许多关于其来源的想法。此外，对快速射电暴（FRB）的观测同样产生了一系列新的模型，这些模型可能赋予黑洞双星电磁特征。在这种情况下，即使是不太可能的想法，天体物理黑洞可能有显着的电荷是值得探索的，在这里，我们提出的结果，从模拟弱电荷黑洞，因为他们的轨道和合并。我们的模拟表明，一个质量与GW 150914中观测到的质量相当的黑洞双星可以产生费米GBM（$10^{49}$ ergs/s）所观察到的电磁光度水平，假设辐射效率良好，无量纲电荷为$q \equiv Q/M = 10^{-4}$。然而，即使是这样的电荷也很难想象避免中和足够长的时间来产生它的电磁对应物，因此这个值可能只是作为一个上限。另一方面，我们可以等效地认为黑洞获得了一个磁负电荷，这个磁负电荷很容易保持，并且会产生与电荷相同的电磁特征。观测到这样的双星将具有重要的宇宙学意义，其中最重要的是解释电荷本身的量子化。我们还研究了这样一个磁荷二进制的无力制度，并发现它更辐射，进一步降低了要求，以产生对应的。
2016-09-11 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Electromagnetic Energy Extraction from Kerr Black Holes: Ab-Initio Calculations
本文通过广义相对论无碰撞动力学模拟Kerr黑洞磁层，重现了Blandford-Znajek机制下的无力电动力学，验证了该机制的稳健性并准确估计了旋转黑洞的电磁光度。
2025-09-18 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Electromagnetic Emission from Supermassive Binary Black Holes Approaching Merger
我们提出了第一个完全相对论性的预测电磁辐射从周围的气体的超大质量双黑洞系统接近合并。使用光线跟踪代码后处理数据从广义相对论3-D MHD模拟，我们生成的图像和光谱，并分析发射的光的视角依赖性。当吸积率相对较高时，环双星盘、吸积流和迷你盘结合在一起发出UV/EUV波段的光。我们测量了日冕辐射的热康普顿硬X射线谱;在高吸积率下，它几乎完全产生于小盘，但在低吸积率下，它也是小盘和吸积流的主要辐射机制。由于相对论性光束和引力透镜的作用，辐射功率的角分布具有很强的各向异性，尤其是在赤道面附近。
2018-06-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Testing the No-Hair Theorem with Observations of Black Holes in the Electromagnetic Spectrum
根据广义相对论的无毛定理，天体物理学上的黑洞只依赖于它们的质量和自旋，并由克尔度规唯一描述。质量和自旋是克尔时空的前两个多极矩，并完全决定了所有其他的矩。无毛定理可以通过测量改变这种高阶矩的克尔度量的潜在偏差来检验。在这篇综述中，我讨论了无毛定理的测试与当前和未来的观测，这样的黑洞在整个电磁波谱，集中在近红外观测的超大质量黑洞在银河系中心，脉冲星定时和非常长的基线干涉观测，以及X射线观测的荧光铁线，热连续谱，可变性和偏振。
2016-05-20 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Effect of a Weak Electromagnetic Field on Particle Acceleration by a Rotating Black Hole
研究了旋转黑洞周围电磁场中视界附近的高能带电粒子碰撞，揭示了获得任意大质心能量的微调条件.我们证明了当一个带电粒子从最内层稳定圆轨道（ISCO）坠落并在视界附近与另一个粒子碰撞时，当均匀磁化旋转的黑洞任意接近最大旋转时，CM能量可以任意大.最近，Frolov [Phys. Rev. D 85，024020（2012）]提出，如果磁场任意强，当粒子与在均匀磁化的史瓦西黑洞的视界附近以有限能量绕ISCO轨道运行的带电粒子碰撞时，CM能量可以任意高。我们表明，带电粒子轨道ISCO周围的旋转黑洞需要任意高的能量在强场限制。这表明弗罗洛夫的过程对黑洞的旋转是不稳定的。尽管如此，我们看到磁场可能会大大提高旋转黑洞在天体物理学情况下作为粒子加速器的能力。
2012-02-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Analytic study of the Maxwell electromagnetic invariant in spinning and charged Kerr-Newman black-hole spacetimes
本文解析研究Kerr-Newman黑洞的Maxwell电磁不变量，证明其最小值位于视界赤道，并依据两个临界旋转参数划分三种不同空间行为。
2023-08-24 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Energetic constraints on electromagnetic signals from double black hole mergers
费米探测到的双黑洞合并GW 150914的电磁对应物激发了许多理论模型，其中一些提出黑洞在大质量恒星内螺旋在一起。然而，我们表明，这种黑洞轨道上的动力学摩擦产生的热量可以超过恒星结合能的一个很大的因素，这意味着这种热量可能会摧毁恒星，从而使足够的气体难以在合并时靠近黑洞产生可检测的光子。在为两个恒星质量黑洞合并的电磁对应物提出模型时，必须考虑到这些因素。我们发现，只有当两个黑洞在非常靠近中心的地方形成时，恒星才能避免毁灭。在这种情况下，动力学摩擦可以使黑洞比在真空中更快地合并，这导致了引力波形的修改，这可能被先进的LIGO观测到。
2016-11-02 astro-ph.HE
Electromagnetic Counterparts of Compact Binary Mergers
通过引力波和光子首次探测到中子星合并，标志着引力波多信使天文学的曙光，它极大地增加了我们在天体物理学和基础物理学不同领域的洞察力。然而，许多悬而未决的问题，在一个紧凑的二元合并涉及的物理过程仍然存在，这些过程中的许多关注等离子体物理。随着第二代引力波干涉仪接近其设计灵敏度，新一代正在设计研究中，新的X射线探测器正在开发中，高能宇宙将越来越成为我们了解极端条件下等离子体的独特实验室。在这篇综述中，我们讨论了两个紧凑的物体合并后的主要电磁信号，突出了所涉及的主要物理过程和该领域中一些最重要的开放问题。
2021-05-03 astro-ph.HE
Electromagnetic transients as triggers in searches for gravitational waves from compact binary mergers
探测到可能源自双中子星合并的电磁瞬变现象，可以增加LIGO-Virgo地基引力波探测器网络的给定数据段包含来自双合并的信号的概率。电磁信号中包含的其他信息，如天空位置或到源的距离，可以帮助排除假警报，从而降低检测的必要阈值。在这里，我们开发了一个框架，用于确定通过触发电磁瞬变来增加引力波搜索的灵敏度。我们将这个框架应用到各种相关的电磁瞬变，从短伽玛暴的R-过程加热的签名，光学和无线电孤儿余辉。我们计算了在先进探测器时代的多信使观测的预期速率，发现在短GRB上触发的搜索-用当前的高能仪器，如费米-和核合成的“kilonovae”-用未来的光学调查，如LSST -可以分别将多信使探测的数量提高15%和40%，对于二元中子星祖先模型。短GRB触发提供了精确的合并时间，但遭受检测率下降的光束和高先验概率的来源是外部的LIGO-Virgo敏感体积。另一方面，在LIGO-Virgo敏感体积内，通常可以观察到各向同性千新星，其仪器比目前的光学测量灵敏大约一个数量级。我们建议，进行多信使引力波观测的最有效策略是使用未来深空光学全天巡天的触发器，其特征与LSST相当，每年可以进行多达10次这样的同步观测。
2013-06-26 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Electromagnetic Chirps from Neutron Star-Black Hole Mergers
我们计算了一个伽玛射线耀斑的电磁信号来自表面的中子星合并前不久与一个黑洞的同伴。使用一个新版本的蒙特卡罗辐射输运代码Pandurata，采用动态时空，我们整合光子测地线从中子星表面，直到他们到达一个遥远的观察者或被捕获的黑洞。伽马射线的光变曲线受到许多相对论效应的调制，包括多普勒光束和引力透镜。由于光子来自于吸入的中子星，光变曲线与相应的引力波形非常相似：啁啾信号的特征是频率和振幅稳定增加。我们建议使用类似于LIGO数据分析中使用的匹配滤波算法来搜索这些电磁啁啾。
2017-04-25 astro-ph.HE
Search for high energy $γ$-rays from the direction of the candidate electromagnetic counterpart to the binary black hole merger gravitational-wave event S190521g
引力波事件S190521 g--一个可能的双黑洞合并在一个活动星系核的吸积盘--伴随着一个光学对应物。围绕发光能量释放区域的这种密集环境有利于高能量$γ$ -射线的产生。我们报告了使用费米-LAT空间$γ$射线望远镜的公开数据从S190521 g事件的候选电磁对应物方向搜索高能$γ$射线的情况。我们提出了在100 MeV - 300 GeV能量范围内的源的光谱能量分布的上限。我们讨论了在宇宙射线加速，$γ$ -射线和中微子生产等来源的背景下，研究S190521 g的瞬态的重要性。
2020-10-31 astro-ph.HE
Testing the No-Hair Theorem with Observations of Astrophysical Black Holes in the Electromagnetic Spectrum
旋转黑洞的克尔时空是爱因斯坦的广义相对论最有趣的预言之一。这个时空在引力理论中所扮演的特殊角色被概括在无毛定理中，该定理指出克尔度规是真空场方程唯一现实的黑洞解。在整个电磁波谱中观测黑洞的最新进展和预期的进展确保了我们对它们基本性质的理解，同时为设计克尔度规的测试开辟了新的机会。在本文中，我们认为，成像和光谱观测吸积黑洞与当前和未来的仪器可以导致第一次直接测试的无毛定理。
2009-12-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Charged Compact Binary Coalescence Signal and Electromagnetic Counterpart of Plunging BH-NS mergers
如果致密二元合并的至少一个成员带电，则两个成员的内螺旋将产生功率不断增加的坡印廷通量，从而产生与合并的啁啾信号在时间上相关的短暂电磁对应物（可能有很小的时间偏移），我们将其称为{ \em带电致密二元合并}（cCBC）信号。我们开发了一个一般的理论cCBC的任何质量和每个成员的电荷量。中子星（NS），作为旋转的磁铁，保证是带电的，所以cCBC信号应该伴随着所有的中子星合并。在小质量比（$q \equiv m_2/m_1 < 0.2$）的BH-NS合并中，当NS作为一个整体进入BH时，cCBC信号是干净的，如果NS是类蟹状的，其亮度/能量可以达到快速射电暴的亮度/能量。还估计了极端质量比Inspiral系统（EMRI）中cCBC信号的强度。
2020-06-15 astro-ph.HE
Low-Γ jets from Compact Binary Mergers as Candidate Electromagnetic Counterparts to Gravitational Wave Sources
据认为，具有中子星或中子星和黑洞成分的致密双星合并会产生各种电磁对应物：超相对论喷流产生的短伽马射线暴，随后是宽带余辉; r过程元素放射性衰变产生的半各向同性千诺瓦;以及晚期射电耀斑;如果来自这种合并的喷流遵循与其他天体物理喷流相似的洛伦兹因子的幂律分布，那么合并喷流的总体将由低-Γ值主导。对于低-Γ喷流，与短伽玛暴相关的瞬发γ射线将被抑制，而当激波在环境介质中形成时，喷流能量将以X射线/光学/射电瞬变形式释放。利用蒙特卡罗模拟，我们研究了这样的瞬态作为候选电磁对应物的LIGO/Virgo探测到的引力波源的属性。大约78%的合并喷流导致失败的伽玛暴，光学峰值14-22等，全天率为每年2-3次。
2016-10-05 astro-ph.HE
Where to find Electromagnetic Wave Counterparts of stellar-mass binary black hole mergers?
引力波和电磁波观测相结合的多信使天文学对物理学、天体物理学和宇宙学产生了巨大的影响。然而，目前运行的地面GW观测站检测到的大多数源是二元黑洞（BBH）合并，令人失望的是，预计没有EM对应物。在这封信中，我们提出，如果BBH合并发生在一个气体盘周围的超大质量黑洞，合并可以伴随着一个短暂的无线电耀斑一样的快速射电暴（FRB）。我们认为，来自GW检测的总质量和有效自旋可以用来区分这样的源从其他渠道的BBH合并。如果未来的观测证实了这一预测，那么多信使天文学的距离将比现在远一个数量级。FRB的起源之谜也可以部分揭示。
2019-09-18 astro-ph.HE
$e^-e^+$ pair creation by vacuum polarization around electromagnetic black holes
最近引入了“对环面”的概念，以确定在克尔-纽曼几何中可能发生真空极化过程的区域，从而产生$e^--e^+$对。这个概念推广了最初为Reissner-Nordström几何引入的“双球面”的原始概念。本文研究了轴对称对环面的拓扑结构，并在选定的电场值下，用三种不同的方法估算了其电磁能量，得到了相同的结果。通过一个具体的例子说明了双孔体和双球体的区别。对总质量能量和荷质比与Reissner-Nordström黑洞相同的Kerr-Newman黑洞进行了比较。事实证明，与Reissner-Nordström黑洞的电场和能量相比，Kerr-Newman黑洞导致更大的电磁场和能量值。讨论了这些理论结果对于真实描述导致黑洞形成的引力坍缩过程以及伽马射线暴的能量来源的意义。
2009-05-29 astro-ph.HE
Electromagnetic precursors to black hole - neutron star gravitational wave events: Flares and reconnection-powered fast-radio transients from the late inspiral
本研究利用广义相对论无力电动力学模拟发现，黑洞-中子星双星晚期旋近阶段的磁层相互作用会产生依赖磁场方向的电磁耀斑，可能引发类似快速射电暴的暂现源和X射线辐射，为引力波事件提供可探测的电磁前兆。
2023-09-28 astro-ph.HE
Pre-merger electromagnetic counterparts of binary compact stars
我们研究了致密双星引力波源的发射特征，它们是由强磁化中子星（NS）和/或白矮星（WD）组成的。由于两颗致密恒星的磁层之间的电磁相互作用，将提取大量的能量，并且在两颗恒星合并之前的最后几秒内，当双星系统包含具有表面磁场$10^{12}$ G的NS时，合成功率预计为$\sim 10^{38} - 10^{44}$ erg/s。该过程中的感应电场可以将带电粒子加速到EeV能量范围。高能电子发射出同步辐射，其辐射能量对于NS双星达到GeV能量，对于NS-WD或双WD双星达到MeV能量。此外，黑体分量也被提出，它的峰值在几至几百keV的二进制NS和几keV的NS - WD或双WD二进制。同步辐射的强角度依赖性和黑体辐射的各向同性性质导致两个发射分量之间的可区分的调制图案。如果出现相干曲率辐射，则可能产生快速射电暴。这些分量提供了独特的同步电磁特征，作为与磁化致密星合并和短伽马射线暴相关的引力波事件的前兆（例如，GRB 100717）。
2018-11-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
