Halo Retention and Evolution of Coalescing Compact Binaries in Cosmological Simulations of Structure Formation: Implications for Short Gamma-Ray Bursts
合并的致密双星是迄今为止发现的引力辐射源之一。由于短周期系统在不到一个哈勃的时间内就会合并，它们已经被观测到是双星，因此它们不仅是LIGO等天文台的重要引力波源，也是短伽马射线暴（SGRB）的前身。这些系统必须具有大的系统速度这一事实意味着，当它们合并时，它们将远离它们的形成地点。合并点的位置敏感地取决于星系宿主的引力势，到目前为止，引力势一直被假定为静态的。在这里，我们完善这样的计算，将主机的引力势的时间演化，以及它的附近的邻居使用宇宙学模拟的结构形成。这导致合并网站的分布，更扩散地分布相对于他们的推定主机，与位置延伸到几个百万秒差距的距离较轻的晕。以这种方式计算的相邻的紧凑的二进制人口之间的混合程度是严重增强的环境中的星系数密度高。我们发现，SGRB的红移估计仅基于最近的星系的投影可能是非常不准确的，如果祖系统固有的大系统踢在出生。
2009-10-08 astro-ph.CO
Population III Star Formation In Large Cosmological Simulations I. Halo Temporal and Physical Environment
我们提出了一个半分析，计算成本低的模型，以确定能够形成一个第三人口的恒星在宇宙学模拟在广泛的时间和环境的晕。这使得一个更完整和代表性的星族III恒星形成晕的集合被构建，这将导致星族III恒星形成模拟，更准确地反映星族III恒星的多样性，无论是在时间和晕质量。这个模型显示，在宇宙学模拟中，第三星族恒星和化学富集恒星在第一代恒星形成之后共存，直到至少z = 10，并且很可能超过，尽管第三星族恒星的形成速率比z=10的化学富集恒星低4-6个数量级。超过40，000个第三星族形成晕的候选星表被确定，形成时间从z=30到z=10不等，质量从2.3x10^5太阳质量到1.2x10^10太阳质量不等。在早期，星族III恒星形成的环境与化学富集恒星形成的晕非常相似。在稍后的时间，第三星族恒星被发现形成于低密度区域，由于该区域缺乏以前的恒星形成，这些区域尚未受到化学污染。第三星族恒星形成晕在以后的时间里变得越来越空间孤立，并且通常更接近于承载化学富集恒星形成的晕，而不是另一个承载第三星族恒星形成的晕。
2013-06-19 astro-ph.CO
Radiative Feedback from high mass X-ray binaries on the formation of the first galaxies and early reionization
最近的研究表明，第一代恒星，即所谓的第三星族（PopIII），可能主要是在双星系统中形成的，或者是作为小型多重系统的成员。在这里，我们调查的影响，X射线反馈的高质量X射线双星（HMXB）留在恒星双星系统后，主要形成一个黑洞（BH），吸积气体在一个高的速度从同伴，一个过程，被认为是有利的低金属特征的高红移气体。由于它们的大平均自由程，X射线能够在宇宙的再电离完成之前很久就预电离和预热星系际介质（IGM）和晕中的气体，因此可能强烈地影响了随后几代恒星的形成以及再电离。我们已经进行了放大的流体动力学宇宙学模拟的minihaloes，占形成的Pop III星和他们的崩溃成BH和HMXB，以及相关的辐射流体动力学反馈的UV和X射线光子。我们没有发现强有力的净反馈HMXBs的模拟恒星形成的历史。另一方面，预热的IGM的HMXB导致一个强大的抑制小规模的结构，并显着降低在IGM的重组率，从而产生一个净的正反馈再电离。我们进一步表明，HMXB的X射线反馈可以增强来自Pop III祖星的电离反馈，以抑制第一批BH上的气体吸积，限制它们成长为超大质量BH。最后，我们表明，X射线电离的HMXB留下不同的签名的性质的高红移氢，可能会在即将到来的观测的红移21厘米自旋翻转线探测。
2014-03-12 astro-ph.CO
Toward Cosmological Standard Timers in Primordial Black Hole Binaries
本研究提出原初黑洞双星可作为宇宙学标准计时器，通过其引力波获取轨道参数概率分布，结合动力学演化提取红移-时间校准以约束宇宙学模型，并建立了标准计时器的一般形式体系。
2023-07-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Einstein vs Hawking: Black hole binaries and cosmological expansion
研究黑洞双星引力波发射与黑洞辐射浴中宇宙演化中，经典广义相对论与霍金蒸发的竞争，揭示非平凡特征。
2023-12-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Impact of Population III Binaries
我们目前的结果，恒星反馈的Pop III双星采用改进的，更现实的Pop III进化恒星模型。为了便于有意义的比较，我们考虑一个固定的质量为60太阳质量（Msun）的Pop III恒星，包含在一个单一的恒星，或分裂成双星30 Msun每个或一个45 Msun和一个15 Msun星的不对称情况。虽然由此产生的HII区域的大小在所有情况下都是可比的，但双星周围的HeIII区域明显小于单星。因此，He $^{+}$ 1640埃复合线预计将变得弱得多。超新星反馈表现出很大的变化，由于可能的爆炸路径的不确定性。如果至少有一颗恒星以超新星的形式死亡，其能量大约是传统核心坍缩超新星的10倍，那么宿主微晕内的气体就会被有效地吹出，使星系际介质（IGM）的平均金属丰度达到$10^{-4}-10^{-3}$太阳金属丰度（Zsun），达到$\sim 2$ kpc。然而，这颗恒星更有可能坍缩成一个黑洞，最多伴随着非常微弱的爆炸。因此，早期化学浓缩的有效性将大大降低，与低质量双星不同，低质量双星中至少有一种成分可能有助于重元素的产生和扩散。重要的新的反馈物理也介绍了如果密切的双星可以形成高质量的X射线双星，导致的预热和电离的IGM超出恒星HII地区的范围。
2015-01-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Impact of Stochastic Pop~III X-ray Binaries on the Cosmological 21-cm Signal
University of Cambridge（剑桥大学）；Kavli Institute for Cosmology（卡弗里宇宙学研究所）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
研究高能X射线双星对宇宙学21厘米信号的随机影响，发现随机性增强X射线加热率场的波动，影响小尺度21厘米功率谱，但对大尺度信号影响微弱。
2026-09-29 astro-ph.CO
Detector configuration of DECIGO/BBO and identification of cosmological neutron-star binaries
计划中的星载引力波干涉仪DECIGO/BBO的主要目标是原始引力波背景。然而，天体物理前景是存在的，其中，来自中子星（NS）双星的引力波是必须鉴别和扣除的固体和强分量。在本文中，我们讨论了几何检测器配置更好地识别NS/NS二进制信号。作为第一步，我们分析估计的最小信噪比（SNR）的二进制数的静态检测器配置，其特征在于可调的几何参数，并确定这些参数的最佳值。接下来，我们进行数值模拟，考虑到探测器运动的影响，并找到合理的协议与分析结果。我们表明，与标准网络形成的4个单位的三角形探测器，建议的BBO灵敏度将足以接收所有的NS/NS双星在$z\le 5$与信噪比高于25的引力波。我们还讨论了DECIGO的前景识别所需的最低灵敏度。
2017-04-17 astro-ph.CO gr-qc
Heating the IGM by X-rays from Population III Binaries in High Redshift Galaxies
由于X射线的平均自由程较长，因此预计X射线会在大尺度上加热和电离IGM，从而对宇宙再电离产生重要影响，特别是在模拟表明第三星族恒星可能在红移高达20 - 30时成对形成之后。我们使用的Pop III分布和演化的第一个星系的形成的自洽宇宙辐射流体力学模拟和一个简单的Pop III X射线双星模型来估计它们的X射线输出在一个高密度区域大于100共动（Mpc）$^3$。然后，我们结合三种不同的方法-射线追踪，一个区域模型，和X射线背景建模-调查的X射线传播，强度分布，和长期的影响IGM热和电离状态。光加热和光电离的效率和形态取决于光子能量。亚keV的X射线只影响源附近的IGM，而keV的光子对X射线背景和加热有显著贡献，并平滑地照射IGM。低于1 keV的X射线在加热和电离IGM方面最有效。我们发现IGM可能被$z=10$加热到100 K以上，高密度源区可能达到10 $^4$ K，受到原子氢冷却的限制。这对于预测21厘米中性氢信号可能是重要的。但是，另一方面，来自X射线电离的自由电子不足以对CMB的汤姆逊散射的光学深度做出显著贡献。
2014-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Fog Over the Cosmological SGWB: Unresolved Massive Black Hole Binaries in the LISA Band
本文开发解析框架计算LISA频段内未分辨大质量黑洞双星产生的天体物理随机引力波背景，发现即使乐观扣除也会使宇宙学信号探测能力降低多个数量级，精确建模是实现LISA科学目标的前提。
2025-06-23 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological implications of the composite spectra of galactic X-ray binaries constructed using MAXI data
利用MAXI -气体狭缝相机（GSC）的长期观测数据，研究了能量范围为3-20 keV的银河系X射线双星的长期平均光谱特性。利用这些长期平均谱分别构造了银河系高质量X射线双星（HMXB）和低质量X射线双星（LMXB）的合成谱。这些复合光谱可以用具有三个分量的分段幂律来经验地描述。来自HMXB的X射线被认为是再电离时期星系际介质中中性氢加热和电离的重要贡献者。使用上述经验形式的复合HMXB光谱外推到较低的能量作为输入，我们已经研究了这些源的影响，21厘米的信号使用N体模拟和一维辐射转移的输出。与先前研究中使用的具有光谱指数$α= 1.5$的幂律光谱相比，由于复合光谱导致的加热不那么不均匀。大尺度功率谱的加热峰的幅度，当绘制为红移的函数时，对于复合谱是较小的。
2019-05-24 astro-ph.CO astro-ph.HE
Population III X-ray Binaries and their Impact on the Early Universe
第一批X射线双星（XRB）预计将影响早期宇宙中气体的热和电离状态。虽然这些X射线源被预测对高红移的可观测信号有重要的影响，例如来自宇宙黎明和宇宙X射线背景的氢21厘米信号，但它们的性质却很少被探索，使得理论模型在很大程度上不知情。在本文中，我们模拟了一个人口的X射线双星产生的零金属丰度的恒星。我们探讨了它们的性质如何依赖于原始恒星的初始质量函数（IMF），发现它们的数量和X射线产生效率有很大的影响。我们还提出了XRB和它们的X射线发射与局部恒星形成率之间的标度关系，这可以用于数值模拟中的亚网格模型，以改善X射线反馈处方。具体地说，我们发现星系际介质中的X射线反馈的均匀性和强度强烈依赖于IMF。底部重的IMF导致XRB的更平滑的分布，但是具有比更多顶部重的IMF低的光度数量级。头重脚轻的IMF导致空间上更不均匀，尽管很强，X射线发射。中间的IMF有一个强的X射线反馈，同时维持在星系际介质的均匀发射。这些X射线反馈的差异可以在未来通过测量中性氢的宇宙黎明21厘米线来探测，这为我们提供了一种限制人口III IMF的新方法。
2023-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmological contribution from population III stars in ultracompact minihalos
在这项工作中，我们调查人口~III~（人口。III）用Planck观测资料研究超紧小晕~（UCMH）中的恒星对宇宙电离历史的影响。虽然高红移天体物理学尚未被理解，但UCMH可以主持波普。III型恒星类似于标准结构形成情景中形成的晕。这样的流行。III型恒星在主序期间会发射电离光子，并在高红移时促进宇宙再电离。为了研究它们对宇宙整体电离的影响，我们在$z_{\mathrm{reio}}$表示的“tanh”型再电离模型的基础上，增加了表征UCMH初始质量和数密度的两个参数，模拟了宇宙再电离的演化.我们用最新的普朗克观测数据对我们的再电离模型进行了蒙特卡罗马尔可夫链分析。结果表明，当UCMH的初始质量大于$10^{8.4}\mathrm{M}_{\odot}$时，UCMH的数密度受到严格限制。然后，当我们假设标准的"tanh”型再电离由$z=3$发生时，我们通过对UCMH数密度的约束，如尺度中的$\mathcal{A}_ζ\lesssim 10^{-8}$，$k\lesssim 50\mathrm{Mpc}^{-1}$，得到对原始功率谱振幅的约束，从而设置$z_{\mathrm{reio}}>3$。
2022-12-26 astro-ph.CO
Formation pathway of Population III coalescing binary black holes through stable mass transfer
利用MESA方法对PopIII双星系统进行了恒星演化模拟，研究了PopIII双星系统中恒星质量双黑洞的形成过程.我们发现，一个显着的比例PopIII二进制形成大规模BBHs通过稳定的质量转移两颗恒星之间的二进制，没有经历共同的信封阶段。我们调查所需的必要条件PopIII双星形成BBHs合并在哈勃时间与半解析模型校准的恒星演化模拟。聚结PopIII BBHs的形成效率估计为两个不同的初始条件PopIII二进制大，小的分离，分别。因此，在这两个模型中，总PopIII双星的$\sim 10\%$形成BBHs只有通过稳定的质量转移和$\sim 10\%$这些BBHs合并由于引力波发射在哈勃时间。此外，合并BBH的啁啾质量在$15\lesssim M_{\rm chirp}/M_\odot \lesssim 35$上具有平坦分布。这种形成途径的PopIII BBHs大概是强大的，因为稳定的质量传递是不确定性比常见的信封演变，这是人口II BBHs的主要形成渠道。我们还测试的假设，LIGO检测到的BBH合并起源于PopIII恒星使用我们的结果和总数量的PopIII恒星形成的早期宇宙中，从普朗克测量的光学深度推断。我们的结论是，PopIII BBH形成的情况下，可以解释的质量加权合并率的LIGO的O1事件与最大PopIII形成效率从普朗克测量推断，即使没有BBH形成的不稳定的质量转移或共同的信封…
2017-03-24 astro-ph.CO astro-ph.HE
X-ray Background at High Redshifts from Pop III Remnants: Results from Pop III star formation rates in the Renaissance Simulations
由于X射线具有较长的平均自由程，因此X射线在大尺度上的加热和电离过程将对星系际介质（IGM）的性质产生重大影响。在高红移时，来自星族（Pop）III双星的X射线可能对宇宙再电离和莱曼α森林有重要影响。作为我们之前关于Pop III双星X射线的工作（Xu et al. 2014）的延续，我们使用来自Renaissance Simulations的Pop III分布和演化，这是第一个星系形成的一套自洽宇宙辐射流体力学模拟，以计算红移范围20 > z > 7.6的X射线光度密度和背景。由于我们发现Pop III恒星的形成以一个低的、几乎恒定的速率持续到再电离的结束，与其他可能的X射线源相比，X射线正在以显著的速率持续产生，如活动星系核和正常的X射线双星在同一时期。我们估计，Pop III双星产生约6电子伏特的能量在X射线每氢原子。计算了不同单色光子能量下的X射线本底。KeV的X射线会发生红移并积累，从而产生一个强的X射线背景光谱，其范围大约为500 eV。X射线背景强到足以将IGM加热到~ 1000 K，并使几个百分比的中性氢蒸发。这些影响是重要的中性氢超精细过渡21厘米线签名的理解，Ly α森林，和光学厚度的CMB汤姆逊散射。
2016-10-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
On Bianchi type III Cosmological Model with Quadratic EoS in Lyra Geometry
本文研究了Lyra几何下具有理想流体的Bianchi III型度规描述的均匀各向异性时空。在形式为p=a（rho）^2-（rho）的二次状态方程（EoS）的假设下，得到了爱因斯坦场方程的精确解，其中a是常数，严格a>0。的物理和几何方面的细节也检查。
2019-01-17 astro-ph.CO gr-qc
The Evolution of Population III and Extremely Metal-Poor Binary Stars
本文利用MESA代码研究Pop III和极贫金属双星演化，发现质量转移等双星相互作用可显著改变紫外光子产率、超新星类型及核合成产率，并提供了用于宇宙学模拟的光子产率拟合公式。
2023-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Formation and Coalescence of Cosmological Supermassive Black Hole Binaries in Supermassive Star Collapse
我们研究可能在早期宇宙中形成的快速旋转的超大质量恒星的坍缩。通过使用三维广义相对论流体动力学和完全动态时空演化自洽地模拟坍缩开始的动力学过程，我们证明了祖先中的种子扰动可以导致两个高自旋超大质量黑洞系统的形成，在强烈的引力辐射的辐射下，它们螺旋式地旋转并合并，10与DECIGO或大爆炸观测引力波天文台，假设超大质量恒星的质量范围在10^4-10^6 Msol。残余物以无量纲自旋a^*=0.9快速旋转。周围的吸积盘包含约10%的初始质量。
2013-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining the dark energy equation of state using LISA observations of spinning Massive Black Hole binaries
大质量黑洞（MBH）双星的引力波信号可以作为测量宇宙学参数的标准警报。未来的空间引力波观测站激光干涉仪空间天线（LISA）将探测多达100个这样的事件，提供非常精确的光度距离测量。为了限制宇宙学参数，我们还需要测量合并的星系（或星系团）的红移。这就需要确定一个独特的电磁事件与二进制合并。然而，假定的电磁特征可能太弱而无法观察到。相反，我们在这里研究的可能性，约束宇宙学参数之间的统计一致性，在几十个低红移（z<3）事件的测量误差框内检测到的所有可能的主机。我们构建MBH人口合并树实现的暗物质层次在LambdaCDM宇宙中，我们使用的数据从千年模拟模拟LISA错误框中的星系分布模型。我们表明，假设所有其他的宇宙学参数是已知的，参数w描述的暗能量状态方程可以被限制到4-8%的水平（2西格玛误差），竞争与当前的不确定性获得的Ia型超新星测量，提供一个独立的测试我们的宇宙学模型。
2011-02-03 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the cosmological parameters using gravitational wave observations of massive black hole binaries and statistical redshift information
像天琴这样的星载引力波探测器有望探测到大质量黑洞双星合并时发出的GW信号。亮度距离信息可以从GW观测中获得，如果还可以提取红移信息，则可以进行宇宙学推断，如果存在电磁对应物，这将是直接的。在本文中，我们集中在保守的情况下，EM同行是不可用的，全面研究是否可以通过统计方法推断宇宙学参数，利用星系的非均匀分布以及黑洞质量-宿主星系球光度关系。通过采用不同的大质量黑洞双星合并模型，并假设不同的探测器配置，我们得出结论：宇宙学参数的统计推断确实是可能的。天琴有望将哈勃常数限制在约4%-7%的相对误差，具体取决于基础模型。天琴和LISA的多探测器网络可以显著提高宇宙学参数的测量精度。在最有利的模型中，有可能达到1.7%的水平，天琴和LISA的网络。我们发现，没有EM同行，对所有其他参数的约束需要大量的事件或更精确的GW源的天空定位，这可以通过多探测器网络或在一个有利的模型下实现大规模黑洞合并。然而，在乐观的情况下，EM对应物是可用的，可以得到有用的限制，所有的宇宙学参数在λ CDM宇宙学，无论人口模型。此外，我们还可以在没有EM对应物的情况下约束暗能量的状态方程，甚至可以在观察到EM对应物的情况下研究DE的EoS演化。
2022-04-02 astro-ph.CO gr-qc
Enhanced cosmological perturbations and the merger rate of PBH binaries
LIGO/Virgo观测到的合并事件的速率可以用来探测原始黑洞形式的暗物质的$f$分数。在这里，我们考虑合并率的PBH双星，占其初始偏心率$e$的宇宙学扰动的效果。双星上的扭矩从广泛的尺度中获得了显着的贡献，从双星形成时的视界大小，到双星的共同移动大小。在PBH是由绝热扰动形成的情况下，很自然地期望在小尺度上功率谱$P_Φ$的增强，在那里它在观测上受到很差的约束。这样的效果可能相当显著。例如，振幅$P_Φ\gtrsim 10^{-7}$在小于$\sim 10 Mpc^{-1}$的尺度上的几乎平坦的谱给出了贡献$\langle j^2 \rangle \sim 10^3 P_Φ$，其中$j= (1-e^2)^{1/2}$是双星的无量纲角动量参数。对于任何$f$值，这种贡献都可以支配来自邻近PBH的潮汐扭矩。目前的限制允许在中间尺度$10^3-10^5 Mpc^{-1}$的$P_Φ\sim 10^{-5}$一样大的功率谱，相当于在形成时的二进制的共同移动的大小。特别是，这可以放宽目前的限制PBH丰度的基础上观察到的LIGO/室女座合并率，允许一个分数$f\sim 10\%$的暗物质在PBH的质量$\sim 30 M_\odot$。我们调查的差分合并率$ΔΓ(m_1,m_2)$，作为一个功能的二进制组件的质量，和相应的“普适性”系数$α= -(m_1+m_2)^2 \partial^2 …
2019-07-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Baseline Metal Enrichment from Population III Star Formation in Cosmological Volume Simulations
我们利用流体动力学和N体程序{ \small GIZMO}，结合我们新开发的子网格Population~III（Pop~III）Legacy模型，研究了在$z>7$的Pop~III星形成的基线金属富集。在这个理想化的数值实验中，我们只考虑Pop~III星的形成。我们发现我们的模型Pop~III恒星形成率密度（SFRD）在$z\sim10$附近的$\sim 10^{-3}\ {\rm M_\odot yr^{-1} Mpc^{-1}}$处达到峰值，与以前的数值研究结果吻合得很好，并且与观测到的Pop~II SFRD的估计值一致。Pop~III的平均金属丰度从$z=25-7$开始平稳上升，但直到$z\simeq7$才达到恒星形成模式中Pop~III向Pop~II转变所需的临界金属丰度值$Z_{\rm crit}=10^{-4}\ Z_\odot$。这表明，虽然个别晕可以抑制现场Pop~III星的形成，外部富集是不足以终止全球Pop~III星的形成。在恒星形成暗物质晕中，Pop~III恒星形成的最大富集量为$Z\sim10^{-2}\ Z_\odot$，而在外部富集晕中发现的最小富集量为$Z\gtrsim10^{-7}\ Z_\odot$。最后，我们模拟的富含Pop~III金属的IGM的模拟观测结果与$z=7.04$上的一个贫金属阻尼莱曼α（DLA）系统的观测结果相似，该系统被认为仅由P…
2018-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting cosmological gravitational waves background after removal of compact binary coalescences in future gravitational wave detectors
第三代引力波探测器灵敏度的提高为探测原初宇宙学随机引力波背景（SGWB）提供了可能。宇宙学SGWB的探测面临着一个新的挑战：它可能会被大量由黑洞和/或中子星组成的致密双星系统的合并所产生的前景所掩盖。在本文中，我们探讨了通过去除（开槽）单独解决的紧凑的二进制信号在时间-频率空间中减少这种前景的可能性。我们建立了这样的方法可以用来达到SGWB灵敏度地板定义的未解决的部分紧凑的二进制前景，我们发现之间的$Ω_{\rm GW} \sim (9.1 \times10^{-12} - 8.6\times10^{-11})$的频率无关的能量密度谱和取决于合并的二进制中子星系统的速度。由于第三代引力波探测器无法分辨所有的致密双星，致密双星前景中不可分辨的部分可能会限制SGWB用这些探测器进行搜索。
2022-09-23 astro-ph.CO gr-qc
Probing multiple populations of compact binaries with third-generation gravitational-wave detectors
第三代（3G）引力波（GW）探测器将能够观测到红移高达$\sim 30$的双黑洞合并（BBH）。这使得前所未有的进入整个宇宙历史的BBH的形成和演化。本文考虑了三种起源于不同演化通道的黑洞子群：星系场中孤立形成的黑洞、球状星团中动力学形成的黑洞和由高红移的第三族（PopIII）星形成的黑洞并合。使用来自群体合成分析的输入，我们创建了由两个宇宙探索者和一个爱因斯坦望远镜组成的3G探测器网络的两个月的模拟数据，其中包括$\sim16000$场和集群BBHs以及$\sim400$ Pop III BBHs。首先，我们展示了如何使用非参数模型来推断合并率分布中的主峰和次峰的存在和特征。特别地，由Pop III残留物合并产生的$z\approx 12$周围的次级峰的位置和高度可以被限制在$\mathcal{O}(10\%)$水平。然后，我们进行了建模分析，使用唯象模板的合并率的三个子群体，并提取的分支比和合并率密度的特征参数的个别形成通道。利用这种建模方法，可以将Pop III BBH分数测量的不确定度提高到$\lesssim 10\%$，而场和团簇BBH之间的比率可以以$\sim 50\%$的不确定度测量。
2021-07-13 astro-ph.CO gr-qc
Coalescence Rate of Supermassive Black Hole Binaries Derived from Cosmological Simulations: Detection Rates for LISA and ET
大质量黑洞的合并历史是从宇宙学模拟中得出的，在宇宙学模拟中，这些物体的演化和宿主星系的演化是一致的。目前的研究表明，质量大于$\sim 10^{9} M_{\odot}$的超大质量黑洞在其历史上经历了多达500次合并事件。推导出的每共动体积和每质量间隔的聚结率允许获得沿计划中的干涉仪在空间（LISA）或在地面（Einstein）可达到的频率的引力波信号（“衰荡”）的预期探测率分布的估计。对于LISA，在其原始配置中，对于具有等于10的信噪比的事件，预计总检测率约为$15 yr^{-1}$，预期主要发生在频率范围$4-9 mHz$中。对于爱因斯坦引力波望远镜，预期每14个月一次，低至每4年一次，信噪比为5，主要发生在频率间隔$10-20 Hz$。对这些引力信号及其频率分布的探测将是未来区分解释超大质量黑洞起源的不同情景的重要工具。
2011-08-12 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Globular Clusters, X-Ray Binaries & Cosmological Reionisation
球状星团是致密的恒星系统，典型的年龄约为130亿年，这意味着它们形成于红移z> 6的时候。新形成或原始球状星团中的大质量恒星可能在宇宙再电离（z>~6）时期发挥了重要作用，作为高能中性氢电离紫外光子的来源。我们调查这些恒星在死亡时是否像它们在主序星生命中那样，作为高能X射线光子的来源一样重要。大多数大质量恒星都是以双星的形式形成的，其中相当一部分（约30%）将演化成X射线发光（L_X~10^38 erg/s）的高质量X射线双星（HMXB）。这些源将在z>~6处对X射线背景作出贡献。利用球状星团的蒙特卡罗模型，我们估算了HMXB的总X射线光度。我们比较和对比这与大质量恒星的总紫外线光度在其主要序列的生活。为了进行合理的估计，我们发现星团的热光度在最初的几百万年中达到峰值约为10^42 erg/s，但在大约500万年后，随着大质量恒星从主序星演化出来，它会下降到约10^41 erg/s。从这时起，总的热光度由HMXB主导，并在约5000万年后逐渐下降到约10^40 erg/s。假设一个幂律的光谱能量分布的HMXB，我们计算的中性氢电离每HMXB的有效数量，并表明，HMXB可以作为电离辐射源的大质量恒星一样重要。最后，我们讨论了我们的研究结果的影响，在高红移星系形成和使用球状星团作为探针的再电离的前景。
2009-02-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Formation of Massive and Wide First-star Binaries in Radiation Hydrodynamics Simulations
本文通过辐射流体动力学模拟三个宇宙学初始云核，发现Pop III恒星形成质量大于30 M☉、间距大于2000 au的大质量宽双星或多星系统，并揭示其性质与初始云核相关。
2024-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Massive black hole binaries in LISA: constraining cosmological parameters at high redshifts
本研究预测LISA探测的大质量黑洞双体亮汽笛约束宇宙学模型的能力，提出基于光度距离-红移关系样条插值的模型无关方法，可将z~2-3处哈勃参数约束精度达至少10%。
2024-07-16 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Star Formation under the Influence of Far Ultraviolet Radiation: 1540 Cosmological Halos and the Stellar Mass Distribution
我们进行了大量的早期结构形成的宇宙学模拟，并遵循1540恒星形成的气体云的形成和演化，推导出原始恒星的质量分布。在我们的宇宙学模拟中，恒星形成的特征是两个不同的群体，所谓的第三族1星和在远紫外线（FUV）辐射影响下形成的原始恒星（第三族2D星）。在这项工作中，我们确定恒星质量的恒星形成云的物理性质和/或来自附近的原始恒星的外部光解离强度的依赖关系，这是来自于二维辐射流体动力学模拟的结果的原恒星反馈。Pop III星的特征质量在z ~ 25处是几百个太阳质量，随着红移的减小，它逐渐向更低的质量转移。在高红移z > 20时，大约一半的恒星形成气体云暴露在强烈的FUV辐射下，从而产生大质量的Pop III.2D恒星。然而，当典型的Pop III恒星质量较小，恒星之间的平均物理距离由于宇宙膨胀而变大时，附近Pop III恒星的局部FUV辐射在较低的红移处变得较弱。因此，在z < 20时，很大一部分原始气体云拥有Pop III.1恒星。在z =< 15时，Pop III.1恒星形成于相对较冷的气体云中，这是由于H_2和HD分子有效的辐射冷却;这类恒星的质量为几× 10 Msun。由于恒星演化和最终命运是由恒星质量决定的，所以不同时期形成的Pop III星在早期宇宙中扮演着不同的角色。
2015-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Numerical simulations of black-hole binaries and gravitational wave emission
综述了近年来黑洞时空数值相对论模拟的研究进展。在简要总结了建模方法之后，我们总结了BH物理学的三个主要领域的关键结果：（i）BH作为引力波（GW）的源，（ii）涉及BH的天体物理系统，以及（iii）BH在高能物理中。最后，我们列出了这三个领域中数值相对论最紧迫的任务。
2012-06-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A Semi-analytic Framework of Population III and Subsequent Galaxy Formation on Cosmological N-body Simulations
该研究提出一个在暗物质晕合并树上运行的半解析框架，自洽考虑莱曼-沃纳反馈和流速度，用于模拟Pop III恒星形成，预测原子冷却晕中可形成超大质量恒星，足以解释高红移类星体。
2025-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational-wave confusion background from cosmological compact binaries: Implications for future terrestrial detectors
提高引力波（GW）探测器的灵敏度可以提高我们测量探测源特性的能力。它还增加了对数据有贡献的弱信号的数量。由于GW探测器具有几乎全天空的灵敏度，它们可能会受到混淆限制：许多无法区分的源可能会同时被测量，从而定义了灵敏度的随机噪声基底。对于目前正在运行的GW探测器及其计划的升级，预计的事件发生率足够低，我们远离混淆限制制度。然而，目前正在讨论的一些探测器可能有足够大的范围到二进制螺旋，他们进入混乱有限的制度。在本文中，我们研究了地球探测器的二进制螺旋混淆极限。我们考虑了文献中广泛的螺旋率，几个计划先进的引力波探测器，和高度先进的“爱因斯坦望远镜”的设计。虽然大多数先进的探测器不会受到这个限制的影响，但具有非常低频率的“地震墙”的爱因斯坦望远镜可能会受到混淆噪声的影响。至少需要仔细的数据分析来分离看起来混乱的信号。在设计未来高度先进的仪器时，应考虑到这一结果。
2009-03-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Cosmological prospects for multiband detection of intermediate-mass binary black holes with Taiji and ground-based detectors
Northeastern University（东北大学）
本文研究了太极与地面探测器联合探测中间质量双黑洞的可行性，发现多波段观测能显著提高哈勃常数的约束精度，并增强其作为精密宇宙学探针的作用。
2026-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Space-borne atom interferometric gravitational wave detections. Part III. Eccentricity on dark sirens
螺旋型致密双星的偏心率可以大大改善暗警报星的距离推断和源定位。本文以星载原子干涉引力波探测器AEDGE为研究对象，研究了偏心率对AEDGE中波段暗塞壬观测的影响。我们模拟了五种典型的致密双星系统，其质量从$1-100~M_{\odot}$。距离推断和定位的最大改进可以多达1.5- 3个数量级。然后，我们构建了AEDGE在五年内观测到的暗塞壬目录。我们发现偏心率是至关重要的检测黄金双黑洞（BBH），其主机星系可以唯一确定。只需5- 10个金色暗BBH，就可以获得$H_0$的2%精度测量，这足以仲裁哈勃张力。不考虑偏心率，AEDGE还可以观测到数十颗具有独特宿主星系的黄金双星中子星（BNS）和中子星-黑洞双星（NSBH）。这些金色的暗警报器可以为后续的高频段引力波观测以及电磁波的寻找提供预警。我们的研究结果表明，偏心率是一个至关重要的因素，在检测，数据分析，和应用的GWs与原子干涉仪在中间波段。
2022-10-18 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Extreme Mass Ratio Inspirals triggered by Massive Black Hole Binaries: from Relativistic Dynamics to Cosmological Rates
极端质量比吸气（EMRI）是紧凑的二元系统，其特征是质量比$q=m/M$在$~10^{-9}-10^{-4}$范围内，并代表即将到来的激光干涉仪空间天线（LISA）的主要引力波（GW）源。虽然他们的标准形成渠道涉及松弛过程偏转紧凑的对象在非常低的角动量轨道上的中央大质量黑洞，一些替代的形成渠道已被提出，包括二进制潮汐分裂，迁移吸积盘和长期和混沌动力学周围的一个大质量黑洞二（MBHB）。在这项工作中，我们对后一种情况进行了广泛的仔细研究，调查了在星系合并后形成的MBHB如何触发EMRI。通过采用一套相对论三体模拟，我们评估的效率EMRI形成不同参数的MBHB，评估长期和混沌动力学的重要性。通过模拟星系核中致密天体的分布，我们估计了由此产生的EMRI形成率，发现EMRI是在急剧爆发中产生的，峰值速率比标准的两体弛豫通道高10-100倍，持续10 $^6$ -10 $^8$年。通过将我们的结果与宇宙MBHB合并率的估计相结合，我们最终预测LISA每年可以观察到由该通道形成的${\cal O}(10)$ EMRI。
2022-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Can cosmologically-coupled mass growth of black holes solve the mass gap problem?
本研究针对黑洞质量增长假说，通过双星种群合成方法计算黑洞双星演化，发现宇宙学耦合质量增长可部分解释低质量X射线双星的质量间隙问题，但仍需关键观测证据验证假说。
2023-07-20 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
The power of SKA to Constrain cosmological gravitational-wave backgrounds below the astrophysical foreground noise
本研究提出利用宇宙学引力波触发暗物质致密子晕形成的机制，借助即将建成的SKA约束子晕丰度，从而在天体物理前景噪声下将纳赫兹/微赫兹频段的宇宙学引力波能谱约束到更低水平，收紧新物理模型参数空间。
2025-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spectral sirens: cosmology from the full mass distribution of compact binaries
我们探讨了利用引力波致密双星源中的中子星和黑洞的质谱作为宇宙学探测器。这些标准的警报源提供了光度距离的直接测量。此外，质量分布中的特征，如质量间隙或峰值，将红移，从而提供对其红移分布的独立约束。我们认为，整个质谱应利用提供宇宙学约束。例如，我们发现LIGO-Virgo-KAGRA事件的质谱引入了至少五个独立的质量“特征”：对不稳定性超新星（PISN）间隙的上下边缘，中子星-黑洞间隙的上下边缘，以及最小中子星质量。我们发现，尽管PISN间隙主导了当前探测器（2G）的宇宙学推断，如以前的工作所示，但在宇宙探测器和爱因斯坦望远镜（3G）时代，较低的质量间隙将提供最强大的约束。通过使用完整的质量分布，我们证明，质量演化和宇宙演化之间的简并可以被打破，除非天体物理阴谋转移的所有功能的完整的质量分布，同时遵循（非平凡的）哈勃图演化。我们发现，这种自校准的"光谱警报“方法有可能提供宇宙学和质量分布的演变的精度约束，2G在一年内在$z\lesssim1$的$H(z)$上实现优于$10\%$的精度，3G在一个月内在$z\gtrsim2$达到$\lesssim1\%$。
2022-08-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Parameter estimation of eccentric massive black hole binaries with LISA and its cosmological implications
School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）
研究LISA探测偏心大质量黑洞双星时，轨道偏心率通过多谐波改善参数估计，使标准汽笛数量增加，宇宙学约束精度提升，如H0不确定度降低约47%。
2026-06-16 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
