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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Anisotropies in the PTA gravitational wave background: what can they teach us about supermassive black hole binaries?
School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（自然学院，高等研究院）
该研究利用NANOGrav数据探究脉冲星计时阵列引力波背景的各向异性，发现其由单个亮双星产生，角功率谱搜索灵敏度低于直接找源，应变谱约束源群质量函数。
2026-08-25 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
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
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
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
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
Formation and Hardening of Supermassive Black Hole Binaries in Minor Mergers of Disk Galaxies
我们第一次完整的轨道演化模型的一对超大质量黑洞（SMBHs）在一个1：10星系合并的两个磁盘占主导地位的气体丰富的星系，从之前的阶段形成的二进制到发病的引力波发射时，二进制分离已经缩小到1毫秒差距。用于演化第一阶段的高分辨率平滑粒子流体动力学（SPH）模拟包括恒星形成，SMBH上的吸积以及超新星爆炸的反馈和SMBH本身的辐射加热。使用直接的N体代码N-GPU，我们进一步发展系统，不包括气体的影响，这主要是由恒星形成消耗的同时。我们从两个SMBH之间的距离约为700 pc并且两个黑洞仍然嵌在它们的星系尖端的时候开始。我们用了300万个粒子来研究SMBH双星的形成和演化，直到它变硬。在硬二进制形成后，我们减少（重新选择）粒子到115万，并遵循随后的收缩SMBH二进制由于三体遇到的恒星。我们发现近似恒定的硬化率和SMBH二进制迅速发展的高偏心率。类似的硬化率和偏心率值的报告在较早的研究SMBH二进制演化的合并耗散少的球形星系模型。估计的合并时间约为2.9 Gyr，明显小于哈勃时间。我们讨论为什么这个时间尺度应被视为上限。由于1：10合并是最常见的相互作用事件的星系在所有宇宙时代，我们认为，几个SMBH双星应检测与目前计划的星载引力波干涉仪，其灵敏度将特别高SMBH在这里考虑的质量范围。
2012-03-07 astro-ph.CO
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Forecasted Detection Limits on the (Dark) Matter Density in Supermassive Black Hole Binaries for LISA
Goethe University（歌德大学）；University of Southern California（南加州大学）
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
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
Mass-redshift dependency of Supermassive Black Hole Binaries for the Gravitational Wave Background
本研究结合六套宇宙学模拟与含红移演化的解析模型及贝叶斯推断，预测并约束超大质量黑洞双星引力波背景，分析黑洞–核球质量关系和并合率的质量、红移依赖。
2024-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Composite profile of the Fe K$α$ spectral line emitted from a binary system of supermassive black holes
采用相对论性的超大质量黑洞吸积盘模型，基于Kerr度规的射线追踪方法，研究了双星系统中两个吸积盘围绕超大质量黑洞发射的复合Fe K $α$线的变化.我们假定这类双星的轨道近似为开普勒轨道，并模拟了不同轨道根数、吸积盘参数和组分质量比时的合成线形。结果表明，如果在某些SMBH双星的不同轨道相位的光谱中观测到这种复合Fe K $α$谱线轮廓，可以用来约束这类SMBH双星的轨道和一些性质.
2013-11-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Relativistic Mergers of Supermassive Black Holes and their Electromagnetic Signatures
从超大质量黑洞的合并事件中同时探测电磁波（EM）和引力波（GW）特征是下一个观测上的重大挑战。这种探测将提供研究宇宙演化和与这些巨大的紧凑物体有关的吸积过程的手段。更一般地说，这些观测将使广义相对论能够在强非线性状态下得到检验，并将提供独立的高精度宇宙学测量。因此，了解在超大质量黑洞合并过程中出现EM和GW签名重合的条件是至关重要的。作为实现这一目标的重要一步，我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，流体动力学研究的后期螺旋和合并的等质量，旋转超大质量黑洞二进制的气体云。我们发现，与GWs相关的可变EM签名可以出现在合并系统中作为冲击和吸积结合相对论光束效应的结果。最引人注目的EM可变性观察到的自旋与轨道轴对齐的系统，其中轨道黑洞形成一组稳定的密度尾流，但所有的系统都表现出一些特征签名，可用于搜索EM同行。在激光干涉仪空间天线可观测到的最大质量的双星的情况下，计算的光度意味着它们可以通过EM搜索到z = 1来识别，而低质量的系统和沉浸在低密度环境气体中的双星只能在局部宇宙中检测到。
2010-04-13 astro-ph.CO gr-qc
Targeting supermassive black hole binaries and gravitational wave sources for the pulsar timing array
介绍了一种在Sloan数字巡天（SDSS）中寻找超大质量黑洞双星的方法。这项研究是基于千禧年模拟的模拟星系目录中发现的合并星系的特殊性质。MBHB被认为是脉冲星定时阵列（PTA）的主要引力波（GW）源，然而，目前还不清楚所观察到的GW信号是否会由几个单个MBHB产生，或者它是否具有随机背景的性质。这项工作的目标是制作一张天空地图，其中每个星系都被分配了最近遭受合并的概率，以及可以被PTA检测到的MBHB。这在理解预期的PTA信号方面向前迈进了一步：天空图可用于研究PTA源的聚类特性和可观测GW信号功率的空间分布;此外，具有最高概率的星系可用作针对单个GW源的目标搜索的输入。我们还调查了周围的星系托管MBHB的邻近星系的分布，发现最有可能检测到的PTA源位于密集的星系环境。在搜索中使用了不同的技术，包括贝叶斯和机器学习算法，具有一致的输出。我们的方法生成了一个被分类为MBHB主机的星系列表，可以与其他搜索相结合，以有效地减少错误分类的数量。SDSS的光谱覆盖范围不到天空的五分之一，并且在大红移时目录变得严重不完整;然而，这种技术可以在未来应用于更大的目录，以获得完整的，基于观测的预期GW信号的信息。
2014-03-05 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
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
Stellar Stripping and Disruption in Disks around Supermassive Black Hole Binaries: Repeating nuclear transients prior to LISA events
Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Chungbuk National University（忠北国立大学）；Aoyama Gakuin University（青山学院大学）；University of Zurich（苏黎世大学）
研究揭示了超大质量黑洞双星周围恒星剥离过程，通过潮汐破坏产生重复核暂现源，为低质量星系中黑洞合并提供新探测途径。
2025-12-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Towards supermassive primordial black holes from inflationary bubbles
本研究探讨暴胀气泡演化成超大质量原初黑洞（SMPBHs）的机制，分析亚临界气泡通过隧穿贡献SMPBHs的可能，提出SMPBHs初始成团机制以提升双体并合率，解释NANOGrav信号。
2023-12-19 astro-ph.CO gr-qc
An Accurate Modeling of Nano-hertz Gravitational Wave Signal from Eccentric Supermassive Binary Black Holes: An Essential Step Toward a Robust Discovery
提出一种将偏心率纳入多尺度自适应模拟框架的纳赫兹随机引力波背景建模新技术，利用时域波形模型生成超大质量双黑洞引力波信号，揭示频率bin间的频谱相关性，为未来PTA观测提供新途径。
2025-10-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Triplets of supermassive black holes: Astrophysics, Gravitational Waves and Detection
超大质量黑洞（SMBH）在许多星系的中心被发现在宇宙结构的形成过程中起着重要的作用。在分级形成的情况下，SMBH预计将在其宿主星系合并后形成双星。如果这些双星在与第三个星系合并之前没有合并，则有可能形成黑洞三重系统。对星系核心内三重星系动力学的数值模拟显示出非常高的偏心率（高达$e \sim 0.99$）。在这些阶段，强烈的引力辐射爆发可以在轨道近心点发射。这就产生了频率大大高于轨道频率的引力波信号。利用脉冲星定时和激光干涉仪空间天线（{ \it LISA}）检测这些爆发的可能性估计使用几个人口模型的SMBH与质量$\gtrsim 10^7 {\rm M_\odot}$。假设三重系统中有一小部分二进制脉冲$\ge 0.1$，我们发现在未来脉冲星定时阵列（PTA）的灵敏度范围内，只有几到几十个这样的脉冲将产生残差$>1$ ns。然而，大多数这样的爆发将被冲洗掉的潜在的混乱噪音所产生的所有其他'标准' SMBH二进制发射在同一频率窗口。需要进行详细的数据分析研究，以评估这些来源的可分解性。实施一个基本的可分辨性标准，我们发现，在一纳秒精度水平捕捉可分辨的突发的机会是2- 50%，这取决于所采用的SMBH演化模型。另一方面，用{ \it LISA}探测大质量双星（质量$\gtrsim 10^7\msun$）产生的爆发的概率是可以忽略的。
2009-11-23 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Gas pile-up, gap overflow, and Type 1.5 migration in circumbinary disks: application to supermassive black hole binaries
研究了超大质量黑洞与标准辐射有效薄吸积盘的相互作用。我们研究的磁盘和迁移SMBH系统的稳态配置，自洽占潮汐和粘性扭矩和加热，辐射扩散限制冷却，气体和辐射压力，以及二进制的轨道衰减。我们得到一个“相图”的系统作为一个功能的二进制参数，显示制度中的磁盘结构和迁移有一个不同的字符。虽然大质量双星可以在大半径的圆盘中产生一个中心间隙，但次级双星的潮汐屏障会导致其轨道外的气体大量堆积，这可能导致间隙的关闭。我们发现，这种溢出发生在轨道间距为~200 M_7^{-1/2}引力半径时，其中M = 10^7 M_7 Msun是双星的总质量。如果次级星系的质量小于~10^6兆太阳，那么在引力波（GW）开始主导轨道衰变之前，这个间隙就会闭合。在这种状态下，圆盘仍然受到强烈的扰动，但堆积的气体像多孔的堤坝一样不断溢出，并穿过次级轨道。相应的迁移率，我们标记为1.5型，比通常称为I型和II型迁移的极限情况慢。与未受扰动的圆盘相比，处于溢出状态的稳态圆盘在光学波段的亮度高达数百倍。像PanSTARRS或LSST这样的调查可能会发现这个双星群体的周期性变化。我们的研究结果意味着围绕SMBH的环双星盘可以扩展到小半径的合并的最后阶段，当他们被LISA检测到，并可能产生一致的电磁（EM）发射类似于活动星系核（AGN）。
2012-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Effects of dark dipole radiation on eccentric supermassive black hole binary inspirals
School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学天文与空间科学学院）；School of Physics, Nanjing University（南京大学物理学院）
本文研究了暗偶极辐射如何通过加速超大质量黑洞双星并合，扩展其质量范围，并分析了其对低频引力波背景谱的影响。
2026-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Scattering of wave dark matter by supermassive black holes
本文从第一性原理推导了双黑洞周围波动暗物质的共转密度轮廓，指出其源于束缚态共振散射，并证明该过程能改变脉冲星计时阵列谱斜率，为通过低频引力波观测暗物质提供了新途径。
2025-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Statistics of the supermassive black hole gravitational wave background anisotropy
Laboratory of High Energy and Computational Physics, NICPB（高能计算物理实验室，NICPB）；Departament of Cybernetics, Tallinn University of Technology（塔林科技大学网络系）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学物理与天文学系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
研究超大质量黑洞双星系统引力波背景各向异性统计特性，揭示其分布差异及环境效应与偏心率的影响。
2024-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
