Enhanced off-center stellar tidal disruptions by supermassive black holes in merging galaxies
偏心恒星潮汐破裂耀斑被认为是探测各向异性引力波辐射导致的超大质量黑洞反冲出星系中心的有力工具。然而，离中心的潮汐耀斑也可以由合并星系中的SMBH产生。在本文中，我们计算了两个合并星系中的双SMBH在SMBH成为自引力束缚之前的潮汐耀斑率。我们采用了一个分析模型来计算两个SMBHs的潮汐损失锥喂养率，考虑到两体松弛的恒星，潮汐扰动的同伴星系，和混乱的恒星轨道在三轴引力势。结果表明，对于质量为10 ^7 M_ \sun的典型SMBH，亏损锥的馈送率在合并后可提高到10^{-2} yr^{-1}，比孤立星系中单个SMBH的馈送率高出两个数量级，比反冲SMBH的馈送率高出四个数量级.这种增强主要是由于伴星系的潮汐扰动。我们认为，偏离中心的潮汐耀斑被淹没的合并星系，使识别反冲SMBHs的挑战。基于计算的速率，我们估计的相对贡献的潮汐耀斑事件的单，二进制，和双SMBH系统在宇宙时间。我们的计算表明，合并星系中的非束缚SMBH的偏心潮汐破裂耀斑贡献的一小部分可比的孤立星系中的单个SMBH。我们的结论是，偏离中心的潮汐中断的合并历史的星系和SMBHs的强大的示踪剂。
2013-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A Large Systematic Search for Close Supermassive Binary and Rapidly Recoiling Black Holes - III. Radial Velocity Variations
我们一直在光谱监测88类星体选择有广泛的H $β$发射线从他们的系统红移数千公里秒$^{-1}$偏移。通过类比单线光谱双星，我们认为这些类星体是主办超大质量黑洞双星（SBHB）的候选人。在这项工作中，我们提出了新的径向速度测量，通常3-4个对象在长达12年的时间内，在观察者的框架。在29/88的SBHB候选者中，没有观察到宽H $β$剖面形状的变化，这使我们能够对径向速度变化进行可靠的测量。其中，我们确定了三个对象，显示系统和单调的速度变化了几百公里的$^{-1}$，并为进一步监测的主要目标。由于假设的双星周期很长，我们不可能在有生之年观测到许多轨道周期。相反，我们试图通过排除SBHB假设来评估SBHB候选人的资格。本着这种精神，我们提出了一种方法，用于放置一个下限的周期，从而质量，SBHB的假设下，我们观察到的速度变化是由于轨道运动。考虑到我们监测活动的持续时间和径向速度的不确定性，我们能够将总质量的下限设置在$4.7\times10^4-3.8\times10^8$ $M_{\scriptscriptstyle \odot}$范围内，这还不允许我们排除任何候选者的SBHB假设。
2017-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Observational Signatures of Supermassive Black Hole Binaries
本文综述了在星系核中搜寻亚秒差距级超大质量黑洞双星的方法，梳理了形成演化理论、现有观测证据及未来利用时域巡天、高分辨率成像和低频引力波探测发现的确证前景。
2023-10-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Recoiling black holes: electromagnetic signatures, candidates, and astrophysical implications
超大质量黑洞（SMBH）可能并不总是位于其宿主星系的中心。这是一个预测的数值相对论模拟，这意味着新形成的单一SMBH，在星系合并后的二进制合并，可以收到踢速度高达几个1000公里/秒，由于各向异性发射的引力波。星系核心中SMBH的长寿命振荡，在极少数情况下甚至是SMBH从其宿主星系中的喷射，就是结果。从观测上看，吸积反冲的SMBH在空间上和/或运动学上会从它们的宿主星系偏移。“踢”的存在具有广泛的天体物理学意义，直到现在才开始探索，包括黑洞和星系组装的结构形成，黑洞喂养的时代的后果，和活动星系核（AGN）的统一模型。在这里，我们回顾了反冲SMBH的观测特征和已经出现的第一批候选者的属性，包括对SDSSJ 092712.65 +294344.0候选者反冲SMBH的后续研究。
2012-02-09 astro-ph.CO gr-qc
Chinese Pulsar Timing Array upper limits on microhertz gravitational waves from supermassive black-hole binaries using PSR J1713+0747 FAST data
该研究在中国脉冲星计时阵列项目中，利用FAST对PSR J1713+5307的观测数据，推导了10⁻⁷至3×10⁻⁶Hz微赫兹频段内超大质量黑洞双星引力波应变上限，填补了该高频段研究空白。
2025-02-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Multi-messenger approaches to binary supermassive black holes in the "continuous-wave" regime
脉冲星计时阵列对轨道间距<< 1pc的超大质量黑洞（SMBH）双星的引力波十分敏感。目前，这类系统的观测资料很少，尽管它们是研究星系演化、合并动力学和活跃核形成的核心人物。我们回顾了通过电磁辐射过程探测SMBH双星的前景，这些过程被认为与星系合并和后期双星演化有关。然后，我们讨论了这些系统的联合脉冲星定时和电磁研究的科学目标，包括促进二进制参数估计，确定星系主机的引力波发射器，并合并动力学和宇宙学的相关研究。使用即将到来的高精度定时阵列与国际脉冲星定时阵列和平方公里阵列，结合正在进行的电磁观测活动，以确定活跃的SMBH双星，在不久的将来为多信使天体物理学提供了大量的可能性。
2013-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
Eccentricity effects on the supermassive black hole gravitational wave background
本研究针对偏心距对超大质量黑洞引力波背景频谱的影响，提出快速半解析计算方法，结合脉冲星计时阵列观测发现纯引力波驱动下支持高偏心距系统，纳入环境效应后初始偏心距可降低但纯圆轨道仍不被支持。
2024-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraints on Supermassive Black Hole Binaries from JWST and NANOGrav
本研究利用JWST在z~3.4处的双AGN统计探讨SMBHB演化，发现双黑洞同时被点亮且与富气并合相符，该结论获NANOGrav PTA上限支持，表明双星在NANOGrav探测间距处发生停滞或快速气体驱动旋近。
2024-04-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Recurring flares from supermassive black hole binaries: implications for tidal disruption candidates and OJ 287
我讨论的可能性，吸积超大质量黑洞（SMBH）的二进制文件与子秒差距的分离周期性地重复发光爆发，中断相对平静的时期。这一假设的动机是由嵌入进积盘中的双星模拟中通常发现的两个特征：（i）在双星周围形成一个中心的低密度空腔，以及（ii）气体泄漏到这个空腔中，每个轨道发生一次通过近径向轨迹上的离散流。第一个特征将减少系统相对于由单个SMBH供电的活动星系核的紧急光学/UV通量，而第二个特征可以触发光度的准周期波动。我认为，准周期吸积签名可能比以前认为的更戏剧性，因为下落的气体流可以强烈冲击热通过自碰撞和潮汐压缩，从而提高粘性吸积。任何光学上厚的气体，如果围绕着两个SMBH中的任何一个旋转，都可以在下一对气流沉积之前吸积，从而为每个轨道上重复出现的短暂的发光耀斑提供燃料。由于吸积事件之间的流量减少，这种腔吸积耀斑可能被误认为是恒星在静止核中的潮汐破裂。如果观测到耀斑的准周期重现，或者如果它们是由非常大质量的SMBH产生的，而SMBH不能破坏太阳型恒星，那么耀斑就可以与潮汐破坏事件区分开来。它们可能在LSST或eROSITA等调查中偶然发现。我提出了一个启发式的玩具模型作为概念证明的生产空腔吸积耀斑，并产生模拟光变曲线和specta。我也适用于活跃的星系OJ 287，其生产的准周期光学耀斑对长期以来一直助长猜测，它的主机SMBH二进制的模型。
2013-06-24 astro-ph.CO astro-ph.HE
Insights on the astrophysics of supermassive black hole binaries from pulsar timing observations
脉冲星计时阵列（PTA）是用来探测宇宙学上的超大质量黑洞（SMBH）双星产生的引力波背景的。在这篇文章中，我回顾了这样的GW背景的物理，突出其依赖于整体的二进制人口，SMBHs和他们的主机之间的关系，以及它们与恒星和气体环境的耦合。后者在驱动双星达到极端偏心率（e>0.9）时尤其重要，这可能是恒星驱动系统的情况。这导致低频信号的实质性抑制，可能对PTA观测的有效性构成严重威胁。未来的PTA探测将允许首次直接观察到次秒差距的SMBH二进制的GW驱动合并的方式，提供了重要的答案，这些壮观的源的形成和演变的物理相关的悬而未决的问题。
2013-07-09 astro-ph.CO
Recoiling Black Holes in Merging Galaxies
合并超大质量黑洞的引力波反冲可能影响黑洞与宿主星系的协同演化。我们研究这种可能性，使用SPH/N-体模拟气体星系合并，合并BH接收反冲踢。通过我们的200多个合并模拟套件，我们确定了反冲BH行为的系统趋势。我们的主要结果如下。(1)当黑洞以接近中心逃逸速度（vesc）被踢出时，基本上是“丢失”到星系中，在富含气体的合并中，黑洞以高达约0.7 vesc被踢出，可能被限制在星系的中心几kpc。(2)富含气体的主要合并期间冷气体的流入可能会导致中心逃逸速度的快速增加;在这种情况下，反冲轨迹将取决于BH合并相对于vesc变化的时间。(3)反冲事件通常会减少明亮的活动星系核（AGN）的寿命，但实际上可能会延长AGN的寿命在较低的光度。(4)通过运动学偏移（v > 500 km/s^-1）或空间偏移（R > 1 kpc），可以观测到活动星系核的演化，其寿命可达1千万~ 1亿年。(5)快速反冲的黑洞的质量可能比静止的黑洞小5倍。这些质量缺陷降低了M -σ关系的归一化，并有助于内在和整体散射。(6)最后，活动星系核反馈的位移反冲事件导致合并残余物中更高的中心恒星形成率，从而延长了合并的星爆阶段，并创造了一个密度更大，质量更大的恒星尖点。
2011-03-18 astro-ph.CO
Constraints on Individual Supermassive Black Hole Binaries from Pulsar Timing Array Limits on Continuous Gravitational Waves
脉冲星计时阵列（PTAs）对亚秒差距尺度上超大质量黑洞双星发射的连续引力波的应变振幅施加了越来越严格的限制。在本文中，我们将在特定的星系在已知的距离超大质量黑洞的动力学质量$M_{bh}$的独立信息，并使用这些额外的信息，以进一步限制这些星系是否可以主机可检测的超大质量黑洞二进制。我们估计的应变振幅从个别双星作为一个函数的二进制质量比附近的两个样本的星系：（1）直接动力学测量的$M_{bh}$在文献中，和（2）116个最大的早期型星系（因此可能主机的最大质量的黑洞）在108 Mpc的大规模调查。我们的探索性分析表明，目前的PTA上限的连续波（作为在天空中的角位置的函数）已经可以约束质量比的假设黑洞双星在我们的样本中的许多星系。对于具有较大$M_{bh}$和较小距离的星系，这种约束更强。对于在NGC 1600、NGC 4889、NGC 4486（M87）和NGC 4649（M60）中心有$M_{bh} \gtrsim 5\times 10^9 M_\odot$的黑洞，任何在PTA频带内的轨道上的双星伴星的质量比必须是百分之几或更少。
2016-04-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Precessing supermassive black hole binaries and dark energy measurements with LISA
自旋引起的来自超大质量黑洞双星的引力波信号的岁差调制可以改善基于空间的引力波任务（如激光干涉仪空间天线（LISA））到源的光度距离的估计。我们研究了这如何影响LISA进行宇宙学研究的能力，特别是测量暗能量状态方程（EOS）参数$w$的能力。使用$Λ$ CDM宇宙学模型，我们表明，通过LISA的进动双星的观测，结合红移测量，可以提高$w$的测定到一个数量级的非进动的情况下，取决于质量，质量比和红移。
2009-09-15 astro-ph.CO gr-qc
Recoiling black holes: prospects for detection and implications of spin alignment
超大质量黑洞（BH）合并产生强大的引力波（GW）辐射。这种辐射的不对称性给合并的黑洞带来了反冲，这可以将黑洞完全从它的宿主星系中弹射出来。活动星系核（AGN）是活动星系核的一种。已经确定了几个候选者，但系统的搜索受到了关于其可观测性的巨大不确定性的阻碍。通过提取合并BH和宿主星系的属性从Illustris宇宙学模拟，我们已经开发了一个全面的模型反冲AGN。在这里，第一次，我们模拟BH自旋对齐和反冲动力学的基础上的宿主星系的气体丰富的影响。我们预测，如果BH自旋不是高度一致的，看到有限的观测可以解决偏移活动星系核，使他们成为全天空调查的有希望的目标。对于随机取向的自旋，在HST-COSMOS中可以探测到小于10个空间偏移的活动星系核，而在泛星、LSST、欧几里得和WFIRST中可以发现大于10^3个。在SDSS的足迹内，预计有近一千个速度偏移的活动星系核; SDSS类星体中大的宽线偏移的罕见性可能部分是由于选择效应，但这表明自旋对准在抑制反冲中起着作用。尽管如此，在我们最物理动机的模型中，对齐只发生在富含气体的合并中，在全天巡天中应该会发现数百个偏移活动星系核。我们的发现强烈地激发了对反冲活动星系核的专门研究。
2015-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Interruption of Tidal Disruption Flares By Supermassive Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星是星系合并的产物，在验证λ冷暗物质宇宙学和定位引力波辐射源方面具有重要意义。星系核中SMBHB的独特电磁特征对于识别从红外波段到X射线波段的观测中的双星是必不可少的。近年来，由超大质量黑洞（SMBH）对邻近恒星的潮汐扰动引起的光学、紫外和X射线耀斑已被成功地用于观测探测正常星系中的单个SMBH。在这封信中，我们调查吸积的气体碎片的潮汐破坏恒星的SMBHB。利用三体系统的稳定性分析和数值散射实验，我们表明，恒星碎片气体的吸积，它最初随时间$\propto t^{-5/3}$衰减，将停止在一个时间$T_{\rm tr} \simeq ηT_{\rm b}$。这里，$η\sim0.25$和$T_{\rm b}$是SMBHB的轨道周期。在中断一段时间后，吸积在时间$T_{\rm r} \simeq ξT_b$离散地重现，其中$ξ\sim 1$。$η$和$ξ$敏感地依赖于潮汐扰动星在潮汐半径处的轨道参数和SMBHB的轨道偏心率。恒星碎片气体的中断吸积引起中断的潮汐耀斑，这可以用来确定SMBHB在非活动星系在即将到来的瞬态调查。
2009-11-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Search for Supermassive Black Hole Binaries in the Sloan Digital Sky Survey Spectroscopic Sample
由于大多数（如果不是全部）大质量星系的中心都包含一个大质量黑洞，因此在Lambda CDM宇宙学中预计会有超大质量黑洞（SMBH）双星。然而，到目前为止，这种双星的直接证据还很难找到。利用Sloan数字巡天中的多个观测数据，利用互相关方法研究了0.36 < z < 2类星体的MgII宽发射线的时间速度变化。对于SMBH双星中的~ 10^9 Msun BH，我们对轨道周期为~100年的~ 0.1 pc的双星分离的速度漂移很敏感。我们找到了7个候选的亚pc-规模的二进制速度漂移> 3.4西格玛~ 280公里/秒，其中西格玛是我们的系统误差。比较SMBH双星的可探测性和候选双星的数量（N < 7），我们可以排除大多数10^9兆太阳黑洞存在于~ 0.03-0.2 pc尺度的双星中，在这种情况下，双星在亚pc尺度上停滞了一个哈勃时间。我们进一步限制，<三分之一的类星体主机SMBH双星后，考虑气体辅助的sub-pc演化的SMBH双星，虽然这个结果是非常敏感的宽线区域的假设大小。我们估计SMBH二进制与正在进行的或下一代的调查（例如，BOSS，斯巴鲁总理焦点摄谱仪），考虑到在环双星气体盘的亚秒差距的发展。这些未来的观测将为类似于我们的搜索提供更长的时间基线，并可能反过来限制SMBH二进制文件的进化场景。
2013-06-20 astro-ph.CO
Recoiling Black Holes in Merging Galaxies: Relationship to AGN Lifetimes and Merger Remnant Properties
中心超大质量黑洞（SMBH）是局部观测星系的普遍特征，大量证据表明SMBH及其宿主星系的生长密切相关。然而，在合并的情况下，引力波（GW）的反冲可能会将SMBH从银河系中心移开，或者将其完全弹出。为了探索这种现象的后果，我们使用气体星系合并，包括一系列BH反冲速度的流体动力学模拟。我们已经生成了一套超过200个模拟与超过60个合并模型，使我们能够识别反冲BH的行为的系统趋势-特别是（i）他们的动态，（ii）他们的可观察到的签名，（iii）他们对BH/星系共同进化的影响。(i)反冲BH轨迹在很大程度上取决于宿主星系的气体含量; BH距中心的最大位移可能在富含气体和缺乏气体的合并之间变化高达一个数量级。在某些情况下，反冲轨道还取决于BH合并相对于星系合并残余形成的时间。(ii)通过运动学偏移量（v> 800 km s ^-1）或空间偏移量（R> 1 kpc），可以观测到存在于1~1亿年寿命的活动星系核（AGN）。此外，反冲事件影响活动星系核的总寿命。GW反冲一般会减少明亮活动星系核的寿命，但可能会延长低光度活动星系核的寿命。(iii)快速反冲的黑洞的质量可能比静止的黑洞小5倍。这些质量缺陷降低了M-σ关系的归一化，并有助于内在和整体散射。此外，反冲事件取代了来自星系中心的AGN反馈，这提高了中心恒星的形成率。这导致了更长的星爆阶段和合并残留物中更高的中心恒星密度。
2011-09-29 astro-ph.CO
Merger rate of supermassive primordial black hole binaries
本文研究宇宙膨胀对超大质量原初黑洞双星并合率的影响，考虑任意扩展质量函数、力矩和线性密度扰动，发现低丰度下大质量PBH双星并合率显著低于预期。
2023-12-01 astro-ph.CO gr-qc
Supermassive Binaries in Ultralight Dark Matter Solitons
该研究通过模拟发现，超轻暗物质孤子会显著加速超大质量黑洞双星的轨道衰减，且粒子质量大于10^-21 eV时可缓解最终秒差距问题并抑制低频引力波。
2025-06-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impacts of Gravitational-Wave Background from Supermassive Black Hole Binaries on the Detection of Compact Binaries by LISA
本文研究超大质量黑洞双星产生的随机引力波背景对 LISA 探测大质量黑洞双星、已认证星系双星和极端质量比旋近的影响，指出必须消除该背景噪声以确保任务成功。
2023-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Forecasted Detection Limits on the (Dark) Matter Density in Supermassive Black Hole Binaries for LISA
本文研究了暗物质尖峰对LISA观测超大质量黑洞双星引力波信号的影响，并预测了其密度限制。
2025-12-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Production of EMRIs in Supermassive Black Hole Binaries
我们考虑的极端质量比inspirals（EMRIs）的形成来源于一个恒星尖点中心的主要超大质量黑洞（SMBH）和扰动的吸入质量较小的次级SMBH。假设恒星在这些短时间尺度内不相互作用，并进行限制性三体积分系综，通过数值方法来解决这个问题。从这些模拟中我们看到，在这个过程中不仅可以产生EMRI，而且动态也相当丰富。特别是，大多数EMRI是通过类似于Kozai-Lidov机制的过程产生的，但是由于非开普勒恒星势、广义相对论和SMBH双星系统轨道时间尺度上角动量的非长期振荡，它们具有很强的影响。
2013-10-21 astro-ph.CO gr-qc
Resolving multiple supermassive black hole binaries with pulsar timing arrays II: genetic algorithm implementation
脉冲星计时阵列（PTA）有望在十年内探测到大质量黑洞双星的引力波。该信号预计是几个不同强度的近单色波的非相干叠加。最亮的光源可能被单独解析，而整体的光源至少部分地在其各个分量中去卷积。在本文中，我们扩展了Babak & Sesana 2012中开发的基于最大似然的方法，以在PTA数据中搜索单个MBH二进制。我们将信号建模为圆形单色双星的集合，每个双星的特征在于三个自由参数：定义天空位置的两个角度和频率。我们边缘化所有其他源参数，我们应用一个有效的多搜索遗传算法，以最大限度地提高似然函数，并在合成数据集中寻找源。在特征为白高斯噪声加上几个注入源的信噪比（SNR）在10-60范围内的数据集上，我们的搜索算法表现良好，恢复所有的注入，没有误报。单个源SNR估计在注入值的百分之几内，天空位置在几度内恢复，并且频率以子傅立叶箱精度确定。
2012-10-08 astro-ph.CO
The Enhanced Population of Extreme Mass-Ratio Inspirals in the LISA Band from Supermassive Black Hole Binaries
本文研究超大质量黑洞双星系统中EMRI的高发生率，预测LISA在四年任务期内可探测到数百个信噪比≥8的事件，并指出阈值以下源形成的混淆噪声可用于约束低红移宇宙中SMBH双星比例。
2023-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Recoiling Black Holes in Merging Galaxies: Relationship to AGN Lifetimes, Starbursts, and the M-sigma Relation
合并超大质量黑洞的引力波反冲可能影响黑洞与宿主星系的协同演化。我们研究这种可能性，使用SPH/N-体模拟气体星系合并，合并BH接收反冲踢。这使我们能够遵循反冲BH在自我一致的，不断发展的合并残余。在最近的研究类似的主题，我们进行了大参数的研究，产生了一套超过200个模拟超过60个合并模型和一系列的反冲速度（vk）。我们的主要结果如下。(1)以接近中心逃逸速度（vesc）被踢出的黑洞可能会在大轨道上振荡长达一个哈勃时间，但在富含气体的合并中，由于气体阻力和陡峭的中心势，被踢出的黑洞可能会被限制在星系中心的几个kpc。(2)vesc在富含气体的合并可能会迅速增加，在最后的聚结，在这种情况下，轨迹可能取决于BH合并相对于潜在的井的形成的时间。(3)反冲事件通常会减少明亮的活动星系核（AGN）的寿命，但实际上可能会延长AGN的寿命在较低的光度。(4)运动学偏移的活动星系核（v > 800 km s^-1）在反冲之后或在通过富含气体的遗迹的近着丝粒通道期间，可以观测到长达1千万年的时间。(5)空间偏移的活动星系核（R > 1 kpc）通常光度较低，寿命约为1 - 1亿年。(6)快速反冲的黑洞可能比静止的黑洞小5倍。这降低了M-sigma关系的归一化，并有助于内在和整体分散。(7)最后，反冲事件后活动星系核反馈的位移提高了中心恒星的形成率，从而延长了合并的星爆阶段，并创造了一个更致密的恒星尖。…
2010-11-19 astro-ph.CO
Electromagnetic counterparts of supermassive black hole binaries resolved by pulsar timing arrays
脉冲星计时阵列（PTA）有望探测到来自单个低红移（z<1.5）致密超大质量（M>10^9 Msun）黑洞（SMBH）双星的引力波（GW），它们的轨道周期约为100 - 100 μ m。0.1确定这些源的电磁（EM）对应物将提供对GWs的推定直接检测的确认，提供研究紧凑SMBH双星环境的难得机会，并且可以使这些源作为宇宙学的标准警报器使用。在这里，我们考虑这样的EM识别的可行性。我们表明，因为主机星系的解决PTA源预计是非常巨大的和罕见的，它应该是可能的，以找到独特的主机解决源红移z=0.2。在更高的红移，PTA误差盒更大，可能包含多达100个双星系闯入者。然而，候选人的数量仍然是易于处理的后续搜索在即将到来的广泛领域EM调查。我们开发了一个玩具模型来描述动力学和热辐射的几何薄，气体盘吸积到PTA源SMBH二进制。我们的模型预测，在光学和红外频率，源应该出现类似于一个典型的发光的活动星系核（AGN）。然而，由于双星的潮汐力矩疏散了吸积流，与由具有相同总质量的单个SMBH提供动力的活动星系核相比，该源可能具有异常低的软X射线光度和弱的紫外线和宽的光学发射线。对于z=1附近的光源，静止帧UV的衰减应该可以观察到非常红色的光学颜色。这些特性将使PTA源在光学发光活动星系核中脱颖而出，并可以使它们得到独特的识别。
2011-11-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining the coalescence rate of supermassive black-hole binaries using pulsar timing
脉冲星定时观测被用来限制超大质量黑洞（SMBH）双星的合并率作为质量和红移的函数。与其他技术的间接约束相反，脉冲星定时观测提供了对黑洞合并率的直接约束。这是可能的，因为脉冲星计时对这些源在演化的最后阶段发射的引力波（GW）很敏感。我们发现，从最近发表的帕克斯脉冲星定时阵列数据计算的上限是略高于理论预测的红移低于10。在未来，随着时间精度的提高和更长的数据跨度，我们表明，GWs的非检测将排除某些特定类别的SMBH二进制合并模型中的可用参数空间。我们还表明，如果我们可以定时一组的时间到10纳秒的定时精度，例如，使用拟议的平方公里阵列，它应该是可能的，以检测一个或多个单独的SMBH二进制系统。
2011-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The properties of the first continuous gravitational waves: Optimizing pulsar timing observations for supermassive black hole binary detection
School of Physics, The University of Melbourne（墨尔本大学物理学院）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（引力波发现ARC卓越中心）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）
本文探究首批可分辨超大质量黑洞双星的性质，优化脉冲星计时观测策略可提升其探测概率，高频次观测更易识别高频双星，相关系统可通过光学巡天开展电磁后续观测。
2026-08-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The background gas humming and multi-messenger transients of stalled supermassive black hole binaries
Universitat Politècnica de València（巴伦西亚理工大学）；Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei”, Univ. di Padova（帕多瓦大学伽利略·伽利莱物理与天文学系）；Fesenkov Astrophysical Institute（费森可夫天文物理研究所）
研究通过连续小波变换分析超大质量黑洞双星停滞在环二进制盘中的间歇性质吸过程，揭示了非线性激波形成与多信使辐射机制，发现高频率引力波侧带'背景气体嗡鸣'。
2026-03-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Implications for the Supermassive Black Hole Binaries from the NANOGrav 15-year Data Set
利用NANOGrav 15年数据约束超大质量黑洞双星引力波背景，发现大转折偏心率，并预测LISA等天基探测器将探测到该信号。
2023-11-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Resolving multiple supermassive black hole binaries with pulsar timing arrays
我们研究了脉冲星定时阵列（PTA）在天空中单独分辨和定位单色引力波（GW）源的能力。给定一个宇宙学人口的吸入大规模黑洞二进制文件，其可观察到的信号在PTA域预计将是一个叠加的几个不同强度的近单色GW。在每个频率点中，信号既不是随机背景，也不是在其各个分量中完全可分辨的。在这种情况下，至关重要的是探索编码在雷达阵列空间分布中的信息如何通过单独分辨和定位天空中最强的源来帮助恢复GW信号的起源。在本文中，我们开发了一个最大似然为基础的方法完成了这一目的。我们测试的算法对无噪声的数据显示，高达P/3的源可以解决和本地化在天空中的一个阵列的P pixars。我们通过对包含未知数量的具有不同强度的信号的无噪声和有噪声数据进行盲搜索来验证代码。即使没有采用任何适当的搜索算法，我们的分析过程表现良好，恢复和正确定位在天空中几乎所有的注入源。
2011-12-05 astro-ph.CO
Gravitational waves from supermassive black hole binaries in ultra-luminous infrared galaxies
纳赫兹波段的引力波是研究星系核中超大质量黑洞宇宙演化的重要工具。我们考虑高$z$超亮红外星系（ULIRGs）中的SMBH双星作为随机GW背景（GWB）的来源。ULIRGs可能与富含气体的星系合并有关，这些合并可能在星系的生命中最多发生一次，而不像在低红移时的多次干合并。采用一个完善的样本ULIRGs，我们研究的性质，由于合并的二元SMBHs在这些星系的GWB。由于ULIRG群体在$z>1.5$达到峰值，因此即使BH合并延迟长达$\sim $ 10 Gyrs，GWB的振幅也不会受到影响。尽管罕见的高$z$ ULIRGs，我们发现一个紧张的上限脉冲星定时阵列（PTA）的实验。这一结果表明，如果一小部分的ULIRGs $f_{\rm m,gal}$与SMBH二进制，然后不超过$20 f_{\rm m,gal}(λ_{\rm Edd}/0.3)^{5/3}(t_{\rm life}/30~{\rm Myr})~\%$的二进制SMBH在ULIRGs可以合并在哈勃时间内，ULIRGs的爱丁顿比（$λ_{\rm Edd}$）和它们的寿命（$t_{\rm life}$）的合理值。
2018-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Supermassive Black Hole Binaries in Ultralight Dark Matter
该研究探究超轻暗物质（ULDM）对超大质量黑洞双星演化的影响，发现ULDM形成的大质量准粒子可通过提取双星能量角动量、增强恒星弛豫补充损失锥两种途径解决黑洞并合的最后秒差距问题。
2023-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Testing the spatial geometry of the universe with TianQin: the prospect of using supermassive black hole binaries
本文研究了利用TianQin探测超大质量黑洞双星旋近信号测量宇宙曲率的前景，基于模型无关方法结合引力波与H(z)数据，发现10年观测可将曲率参数约束在1σ水平，证明TianQin是探测宇宙空间几何的强大探针。
2023-10-23 astro-ph.CO
Systematic investigation of the expected gravitational wave signal from supermassive black hole binaries in the pulsar timing band
在这封信中，我们进行了第一次系统的调查，预期的引力波（GW）背景产生的超大质量黑洞（SMBH）在nHz频段的脉冲星定时阵列（PTA）。我们从文献中的红移依赖的星系质量函数的几个估计和密切的星系对的分数，以获得广泛的星系合并率。然后，我们利用经验的黑洞主机的关系，填充合并星系与SMBHs。我们的程序的结果是收集了大量的现象学SMBH的二进制合并率与当前的观测限制星系组装在z<1.5。对于每个合并率，我们计算相关联的GW信号，最终产生一个大的nHz GW背景的估计，我们使用它来推断其预期幅度的置信区间。当考虑到最新的SMBH主机关系，占超大质量黑洞在最明亮的星系团星系，我们发现，名义上的$1σ$间隔的预期GW信号是只有一个因素的3至10低于目前的PTA限制，这意味着一个不可忽略的机会，在未来几年的检测。
2012-11-22 astro-ph.CO gr-qc
Electromagnetic signatures of supermassive black hole binaries resolved by PTAs
脉冲星定时阵列（PTAs）最终可能不仅能够检测SMBH双星的随机引力波（GW）背景，而且还能够检测信号突出于背景之上的单个，特别是大质量双星。在这方面的贡献，我们讨论了识别和研究这种“解决”二进制通过其电磁辐射的可能性。这类双星的宿主星系本身也被认为是非常巨大和罕见的，因此在红移z~2的范围内，一个独特的大质量星系可能被认为是宿主星系。在更高的红移，PTA误差盒更大，可能包含多达几百个双星系的闯入者。在这种情况下，如果它有效地吸积气体，则可以将真正的对应物识别为具有特殊光谱和可变发射特征的活动星系核（AGN）。具体来说，双星的潮汐力矩将气体从吸积盘的内部排出，使其在X射线和紫外波段以及宽的光学发射线中异常暗淡。任何FeK-α发射线的宽翼的尾部也可能被“剪切”和丢失。双星的轨道运动，以及它引起的气体运动，可能会引发准周期变化。这些变化包括相干通量变化，如发光的多波长耀斑，以及宽发射谱线的多普勒频移和FeK-α谱线的“跷跷板”振荡。其他特征，如最近的一次重大合并或双平行喷流的证据，也可以证实这一对应。这些性质将使解决PTA源中脱颖而出AGN具有相似的整体光度，并允许他们的识别。
2013-09-09 astro-ph.CO
Ultra-low-frequency gravitational waves from individual supermassive black hole binaries as standard sirens
研究提出利用脉冲星计时阵列探测来自超大质量黑洞双星的超低频引力波作为标准警报器，发现其可精确测量暗能量状态方程和Hubble常数，为宇宙学探测提供新途径。
2025-05-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sensitivity of Weak Lensing Surveys to Gravitational Waves from Inspiraling Supermassive Black Hole Binaries
University of Southern California（南加州大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文探讨了弱引力透镜调查对纳赫兹到微赫兹频率范围内由 inspiraling 超大质量黑洞双星发射的引力波的灵敏度，结合脉冲星计时阵列与空间干涉仪，提出了基于引力波诱导剪切畸变的信号噪声框架，评估了有效星系人口对噪声功率谱密度的影响，并推导了特征应变灵敏度曲线。
2026-05-12 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Signatures of supermassive black hole binaries on maser systems
我们说明了一个新的签名的黑洞二进制从他们的影响运动学的水脉泽发射在他们的环境。在模拟的帮助下，我们建立了基于相干长度校准到已知的脉泽星系NGC 4258的相干长度的条件。然后，这是用来识别周围的二进制黑洞系统的激射团块，并量化的运动学和光谱的差异相对于单一的黑洞的情况。对于某些一般情况下，蓝移脉泽周围的一个双黑洞被发现优先遵循开普勒旋转曲线观察到的单黑洞的情况下。然而，红移的，被发现明显偏离这种关系，也显示出更多的分散与朝向较低的绝对值的速度沿视线的趋势。脉泽的频谱作为视线速度的函数也显示出双峰结构，让人想起最近对Mrk 1等系统的观测。我们的研究结果激励未来的前景，以确定二进制黑洞候选人的帮助下，水脉泽排放。
2022-04-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Sub-parsec supermassive Binary Quasars: expectations at z<1
我们调查的理论预期检测超大质量的双黑洞，可以确定为亚秒差距发光类星体。到目前为止，只有两个候选人已被选定的样本包括17,500来源选择斯隆数字巡天（SDSS）类星体目录在z<0.70（Boroson & Lauer 2009）在这封信中，我们使用的组装和成长的超大质量黑洞（SMBH）在分级宇宙学的统计和观测研究的二进制类星体在亚秒差距的分离。我们的目标是双重的：（1）测试这种稀少的双星数量是否与SMBH合并速率的理论预测一致，（2）在更高的红移和更低的通量水平上提供额外的预测。我们确定在一个完整的，体积有限的样本中预期的二进制文件的累积数量。受Boroson & Lauer（2009）的启发，我们将SDSS类星体光度切割（M_i<-22）应用于我们的理论样本，推导出可观测双星分数的上限。我们发现，sub-parsec类星体二进制本质上是罕见的。我们的最佳模型预测了在z<0.7时，距离小于10^4史瓦西半径（v_orb>2000 km/s）的约0.01 deg^-2亚秒差距的二元类星体，这代表了我们的理论样本中未吸收类星体的约6x 10 ^-4。在一个完整的样本约10,000源，因此，我们预测的上限约10亚秒差距的二进制类星体。双星的数量随着红移的增加而迅速增加。随着SMBH双星质量的减少，寿命的减少表明，降低光度阈值不会导致可检测的亚秒差距双星类星体数量的显着增加。
2009-08-21 astro-ph.CO
The Population of Viscosity- and Gravitational Wave-Driven Supermassive Black Hole Binaries Among Luminous AGN
星系核中的超大质量黑洞双星（SMBHB）被认为是主要星系合并的常见副产品。我们使用简单的磁盘模型的环双星气体和双星磁盘的相互作用，以遵循轨道衰变的SMBHB的总质量（M）和质量比（q）的范围内，通过物理上不同的区域的磁盘，直到引力波（GW）接管他们的演变。在GW驱动阶段之前，粘性衰减处于停滞的“次级主导”状态。SMBHB在轨道周期t_var介于1天和1年之间的时间里，花费了不可忽略的10^7年。专门的光学或X射线测量可以统计地识别合并的SMBHB，作为周期性变化的类星体的群体，其丰度N_var与t_var^alpha成比例，在大约几十周的周期t_var范围内。M < 10^7 M_sun，0.5 < alpha < 1.5的SMBHB将探测粘性轨道衰变的物理学，而检测到α =8/3的更高质量的双星，将证实它们的衰变是由GWs驱动的。最低质量的SMBHB（M < 10^{5-6} M_sun）在激光干涉空间天线（LISA）的频带内以短轨道周期进入GW驱动区。虽然粘性过程在过去几年的合并中是强烈的次主导，但它们可以减少近静止LISA源的任何未解决背景的振幅。我们讨论了从现有数据中获得的SMBHB人口的限制，以及在未来调查中检测的灵敏度和天空覆盖要求。SMBHBs也可以确定其光谱中的速度变化，我们讨论了预期的丰富SMBHBs作为其轨道速度的函数。
2009-04-08 astro-ph.CO
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
The Route to Unveil the Cosmic Genealogy of Supermassive Black Hole Binaries Using Nano-Hertz Gravitational Waves and Galaxy Surveys
本研究通过结合纳赫兹引力波背景及其各向异性与星系巡天的互相关分析，利用Fisher方法证明联合观测能显著约束超大质量黑洞双星的红移演化，为揭示其宇宙增长历史提供新途径。
2025-10-27 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
No tension between assembly models of supermassive black hole binaries and pulsar observations
脉冲星定时阵列（PTAs）是目前唯一的手段来寻找引力波随机背景的超大质量黑洞二进制人口，被认为是在掌握当前或不久的将来的观测。然而，Parkes PTA（Shannon et al. 2013，2015）设定的严格上限被解释为在$> 90\%$置信度下排除了当前通过星系合并和恒星相互作用硬化的双星组合范例，这表明演化被加速（通过恒星和/或气体）或停滞。使用贝叶斯分层模型，我们认为这个上限的影响，全面的天体物理学的情况下，没有调用失速，也没有更多的异国情调的物理过程。我们发现，他们是完全一致的上限，但（弱）人口参数的界限可以推断。模型之间的贝叶斯因子在$\approx 1.03$ -- $5.81$之间变化，特征振幅先验和后验之间的Kullback-Leibler分歧在$0.37$ -- $0.85$之间。考虑到之前关于星系合并率的天体物理信息，最近对黑洞-星系核球质量关系的向上修订（Kormendy & Ho 2013）在$1.6σ$中与较轻的模型（例如Shankar et al. 2016）相比不受欢迎。我们还表明，如果灵敏度提高一个数量级后仍无法检测到，那么最乐观的情况在$3.9σ$中会受到不利影响。
2017-08-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Novel Formation Channel for Supermassive Black Hole Binaries in the Early Universe via Primordial Black Holes
提出一种由原初黑洞催化直接坍缩黑洞形成，进而产生早期宇宙超大质量黑洞双星的新机制，为JWST、ALMA及引力波探测提供可检验预言。
2025-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
No snow-plough mechanism during the rapid hardening of supermassive black hole binaries
本文对中等质量比的超大质量黑洞双星与其所在的化石气体盘之间的潮汐相互作用进行了二维流体动力学模拟。我们的研究扩展了以前的一维高度积分盘模型，该模型预测，在引力辐射扭矩驱动的二元体硬化的最终阶段，主黑洞和次级黑洞之间的气体盘的密度应该显着上升。我们称之为“扫雪机”机制，它会导致双星合并之前系统的辐射光度增加，这可以与引力波信号一起检测到。我们认为，在这里，扫雪机制是不可能发生的。在二维空间中，当引力辐射驱动的双星硬化时间尺度变得比圆盘的粘性漂移时间尺度更短时，内盘中的流体元素通过相对于次级的马蹄形轨道被漏斗状地输送到外盘。因此，通过次级的间隙的质量泄漏被发现是有效的，因此，预测的吸积盘光度将保持在大致相同的水平之前合并。
2012-03-19 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
Searching for Binary Supermassive Black Holes via Variable Broad Emission Line Shifts: Low Binary Fraction
超大质量黑洞双星（SMBH）被认为是星系合并的结果，因此是宇宙分层结构形成的自然副产品（和探针）。它们也是低频引力波发射的主要来源。我们搜索的二进制BH使用时变速度的变化，在广泛的镁II类星体发射线与多历元观测。首先，我们检查了Ju等人（2013）中确定的二进制SMBH候选者的速度变化，使用SDSS光谱和额外的数据时期，将典型基线延长到约10年。我们发现10年内视线速度变化的变化与1-2年内观察到的变化相当，排除了大部分候选者的二元模型。然后，我们分析了1438个具有8年中位时间基线的天体，从这些天体中，我们预计亚pc双星的速度变化>1000 km/s。我们只发现一个物体的外围速度为448 km/s，这表明，根据我们的建模，作为类星体活跃的SMBH的~<1%（该值因不同的假设而异）存在于间距为~0.1 pc的双星中。双星要么迅速掠过这些小的分离区，要么在更大的半径处失速。
2016-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Higher Probability of Detecting Lensed Supermassive Black Hole Binaries by LISA
引力波的引力透镜是探测宇宙中物质分布的有力工具。在这里，我们重新审视暗物质（DM）晕合并的大质量黑洞双星（MBHB）的GW信号引起的波动光学效应，我们研究的可能性辨别这些影响使用激光干涉仪空间天线（LISA）。特别是，我们包括晕在低质量范围内的$\rm 10^5-10^8\, M_\odot$，因为他们是最多的根据冷DM模型。我们模拟了对应于大范围的碰撞参量的透镜信号，并且我们发现即使当影响参数为大$y\simeq50$时，也与标准最佳拟合GW模板有可区分的偏差。因此，我们估计，超过$(0.1-1.6)\%$的MBHB在质量范围的$\rm 10^{5.0}-10^{6.5}\, M_\odot$和红移范围的$4-10$应该表现出可检测的波动光学效应。这个概率是一个数量级高于在以前的作品中得出的。不确定性主要来自DM晕的质量函数。在LISA任务期间没有检测到任何信号意味着带有$\rm 10^5-10^8\, M_\odot$的DM晕比冷DM模型预测的要少。
2022-02-11 astro-ph.CO gr-qc
Black holes as telescopes: Discovering supermassive binaries through quasi-periodic lensed starlight
University of Oxford（牛津大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））
通过准周期性偏折恒星光发现超大质量双星，揭示其轨道演化及引力波检测预警。
2026-01-27 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
