Assessing inflow rates in atomic cooling halos: implications for direct collapse black holes
超大质量黑洞不仅在当今的星系中很常见，而且数十亿太阳质量的黑洞也为$z\geq 6$类星体提供了动力。形成这种黑洞的一种有效方法是将巨大的原始气体云坍缩成所谓的直接坍缩黑洞。这种情况的主要要求是存在大吸积率的$\rm \geq 0.1~M_{\odot}/yr$形成超大质量恒星。目前还不清楚如何以及在什么条件下可以获得这样的吸积率。本工作的主要目的是确定非等温坍缩条件下的质量吸积率。我们进行了高分辨率的宇宙学模拟的原始晕的几倍$\rm 10^7~M_{\odot}$照明的外部紫外通量，$\rm J_{21}=100-1000$。我们发现，旋转支撑的结构约秒差距大小组装，与$\rm 0.25 - 1$之间的纵横比取决于材料的性能。然而，旋转支撑并不能阻止塌缩，即使存在强度为$\rm J_{21} \geq 100$的中等UV背景通量，也可以获得$\rm \sim 0.1~M_{\odot}/yr$的质量流入率。为了评估这种大的吸积率是否可以保持在较长的时间尺度，我们采用了下沉粒子，确认吸积率的持久性$\rm \sim 0.1~M_{\odot}/yr$。我们提出，完全等温塌缩和分子氢抑制可能并不总是必要的形成超大质量恒星，黑洞种子的前身。对于UV通量$\rm J_{21}=500-1000$，至少在某些情况下可以获得足够高的流入速率。这个值使得对直接坍缩黑洞种子丰度的估计更接近高红移…
2015-06-30 astro-ph.CO
A Radio Census of Binary Supermassive Black Holes
使用档案VLBI数据的3114射电发光的活动星系核，我们寻找二元超大质量黑洞使用的无线电频谱指数映射技术的目标空间分辨，双无线电发射核。只有一个源被检测为双核。这一结果与宇宙学合并率模型进行了比较，并解释方面（1）合并后的时间尺度集中的两个黑洞的影响，（2）影响的可能性“停滞”的系统，和（3）在核合并的放射性活动的关系。我们的分析表明，成对的超大质量黑洞（两个质量都大于等于1e8 Msun）的二元演化从银河系恒星核的合并到超大质量黑洞对的所谓失速半径内的进展不到5亿年。数据显示，没有证据表明，在小的分离失速的二元系统过多。我们看到间接证据表明，成对的超大质量黑洞之间的无线电发射的相对状态在2.5千秒差距的轨道间隔内是相关的。
2010-08-25 astro-ph.CO
Supermassive black hole mergers as dual sources for electromagnetic flares in the jet emission and gravitational waves
我们提出了一种新的观测类型的引力波发射的超大质量黑洞合并到他们的电磁同行。这种双重发射涉及到相对论性喷流的变化，这种喷流是由位于其底部的超大质量黑洞双星的自旋-轨道进动引起的。
2013-09-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Growth of supermassive black holes, galaxy mergers and supermassive binary black holes
星系合并和超大质量双黑洞（SMBBH）的研究是我们理解星系和黑洞在结构形成时期和整个宇宙历史中的组装和（共同）演化的核心。星系合并是主要吸积事件的发生地，它们为类星体提供能量，生长超大质量黑洞，并驱动超大质量黑洞-宿主的标度关系。在它们的中心合并的SMBBH是宇宙中最响亮的引力波（GW）源，并且随后的GW反冲具有各种潜在的天体物理意义，这些意义仍在探索中。未来的GW天文学将为结构形成和星系合并打开一个全新的窗口，包括直接探测合并的SMBBH，高精度测量它们的质量和自旋，以及高红移宇宙中BH形成和演化的限制。
2016-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The dilution peak, metallicity evolution, and dating of galaxy interactions and mergers
在盘状星系的相互作用过程中，会引起从外盘到内千秒差距的强烈气体流入。这种相对低金属含量气体的流入稀释了环核气体的金属含量。我们已经研究了这个过程的几个方面，如稀释的时间和持续时间及其与诱导恒星形成的相关性。我们分析了主要的（1：1）富含气体的相互作用和合并，跨越一系列的初始轨道特征。我们的模型中包括了恒星形成和SNe的金属富集。我们的研究结果表明，最强的趋势是恒星形成率和核区域金属的稀释之间;即，恒星形成的中心爆发越强烈，气体就被稀释得越多。这种趋势来自于两个盘的外部区域相对金属贫乏的气体的强烈流入，这为激烈的恒星形成提供了燃料，并在一段时间内降低了整体金属丰度。强烈的流入发生在大约10^8年或更短的时间尺度上，最强烈的恒星形成和最低的气相金属丰度通常出现在第一次近心点通过之后。随着恒星形成的进行和合并的进展，稀释减少，富集成为主导-最终将环核气体的金属丰度提高到高于合并星系的初始金属丰度的水平。“飞越”--相互作用但不合并的配对--也会导致一些稀释。我们甚至在合并或“飞越”的早期看到一些稀释，因此在我们的模拟中没有观察到核金属丰度和分离之间的强烈趋势，直到合并进行得很好。我们还分析了O和Fe富集的ISM，并表明，α/Fe比的演变，以及稀释的中心气体金属丰度，可以用作时钟的“约会”的相互作用。
2010-07-01 astro-ph.CO
Double-peaked Narrow-Line Signatures of Dual Supermassive Black Holes in Galaxy Merger Simulations
我们提出了一个新的物理处方，第一次尝试模型的窄线（NL）区域的活动星系核（AGN）的星系合并的流体动力学模拟。这个模型被用来确定双峰NL（dNL）活动星系核的起源合并星系和它们的连接到超大质量黑洞（SMBH）对，最近的观察，这样的对象的动机。我们发现由SMBH对的相对运动引起的dNL活动星系核是气体主合并的一个普遍但短暂的特征。dNL活动星系核通常出现在合并的后期，在SMBH螺旋上升的kpc尺度阶段或SMBH合并后不久。然而，即使在kpc尺度阶段，只有少数dNL活动星系核是由SMBH运动直接引起的，它们的寿命通常是几百万年。大多数双峰来自SMBH附近的气体运动学，尽管在SMBH合并之前，高达80%的所有dNL轮廓可能会受到SMBH运动的影响，通过改变峰比或速度偏移。dNL活动星系核的总寿命强烈地依赖于视角和合并星系的性质。此外，在一个典型的合并，至少10-40%的双峰所引起的SMBH运动有小的投影分离，0.1-1千秒差距，使恒星表面亮度的双峰不容易解决。弥散潮汐特征可以指示后期星系合并，尽管它们不能区分合并的SMBH对。我们发现，峰值速度分裂大于500 km·s^-1或具有可测量的总体速度偏移的dNL剖面通常与SMBH对有关。我们的研究结果支持的概念，选择dNL活动星系核是一个很有前途的方法，用于确定双SMBH候选人，但证明了高分辨率，多波长的后续观测的至关重要性，并使用多线的证据…
2012-12-03 astro-ph.CO
Massive Black Hole binaries in gas-rich galaxy mergers; multiple regimes of orbital decay and interplay with gas inflows
我们重新审视的阶段的配对和下沉的黑洞在星系合并和circummunclear磁盘在最近的模拟结果与大规模的黑洞嵌入主要是气体背景。在一个一般性的概述，我们讨论了一个快速的轨道衰减制度的重要性，占主导地位的全球磁盘扭矩，而不是由当地的动态摩擦尾流。这种制度可以占主导地位的BH二元分离的几十秒差距和以下，轨道圆化的阶段，占主导地位的局部动力学摩擦。它类似于行星演化中的I型迁移。它可以使黑洞分离到足够小的距离，以便引力波在小于$\sim 10^7$年到$10^8$年的时间尺度上接管，这取决于星际介质是光滑的还是混浊的。最终的差距开放在次pc尺度分离减慢，但不中断的轨道decay. Accordingly，我们讨论了一个新的有趣的连接之间的条件所需的快速轨道衰变的大规模BH双星和那些需要突出的气体流入富含气体的星系。我们推导出一个条件的最大流入率，一个环核盘可以主机，同时仍然保持足够高的气体密度在大半径，以维持BH二进制的衰变。我们发现，气体流入率超过10 $M_{\odot}$ /年，假设形成大规模的BH种子在一些直接坍缩模型，将扼杀下沉的大规模BH双星气体为主的星系核。反之亦然，较低的流入率，低于太阳质量，每年需要饲料典型的活动星系核，是兼容的快速轨道衰变的BH双星在广泛的质量范围。
2013-08-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Mergers of Unequal Mass Galaxies: Supermassive Black Hole Binary Evolution and Structure of Merger Remnants
银河系中心是超大质量黑洞（SMBH）的居住地。星系合并使SMBH靠近在一起，形成引力束缚的双星系统，如果能够在不到哈勃时间内合并，将是激光干涉仪空间天线（LISA）最有希望的引力波来源之一。在球形星系模型中，SMBH双星在大约1秒差距的距离处停止，导致“最终秒差距问题”（FPP）。另一方面，已经表明，在等质量合并中，合并引起的残余物的三轴性能够支持所谓的向心轨道上的恒星的恒定供应，这些轨道与双星相互作用，从而避免FPP。在本文中，使用一组直接N体模拟合并的初始球对称星系具有不同的质量比，我们表明，合并引起的三轴性是能够驱动不等质量SMBH二进制合并。二元硬化率很高，并且在很宽的质量比q范围内仅微弱地依赖于SMBH的质量比。硬化率显着较高的星系有陡峭的尖点相比，那些在中心浅杯。二进制SMBH的演变导致合并残留物的中心相对较浅的内斜坡。在合并过程中被SMBH双星转移的恒星质量是SMBH双星合并质量的1-5倍。质量为~百万太阳质量的SMBH双星的合并时间小于1Gyr，质量在SMBH质量上端（~十亿太阳质量）的小偏心双星的合并时间为1- 2Gyr，而大偏心双星的合并时间小于1Gyr。因此，SMBH双星有望成为低红移和高红移的引力波源。
2012-02-09 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
Mergers of Supermassive Black Holes in Astrophysical Environments
模拟超大质量黑洞的后期螺旋和合并，对于理解吸积过程和电磁辐射伴随引力波的条件至关重要。我们使用完全广义相对论，流体动力学模拟研究如何电磁签名相关的黑洞自旋，质量比，和气体环境在这最后阶段的二元演化。在所有的情况下，我们发现某种形式的特征电磁变化，其模式取决于自旋和二进制质量比。在热吸积流中的双星表现出耀斑，然后是与暴跌和合并相关的亮度突然下降，以及与螺旋期间的引力波相关的准周期振荡。相反，环双星盘系统的特点是可变发射的低光度，这表明其探测的前景具有挑战性。
2011-10-12 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Cosmological Evolution of Supermassive Black Holes: Mass Functions and Spins
利用最新的场星系深光度和质量函数，导出了红移范围0<z<2的超大质量黑洞的质量函数。将此质量函数与活动星系核的辐射光度函数相结合，应用于SMBH数密度的连续性方程中，得到了吸积辐射效率的质量依赖的宇宙学演化.我们认为，吸积历史的SMBHs和他们的自旋演变在两个不同的制度：一个早期阶段的长期吸积，可能驱动的主要合并，在此期间的黑洞自旋了，然后切换到一个随机的，情节吸积的时期，受轻微的合并和内部长期的过程，在此期间，黑洞自旋下降。过渡时期取决于质量，反映了活动星系核人口中“宇宙缩小”的其他证据。
2012-12-10 astro-ph.CO
Swift coalescence of supermassive black holes in cosmological mergers of massive galaxies
超大质量黑洞（SMBH）在具有相当大质量的星系中无处不在。据推测，一对最初位于两个合并星系核中的SMBH将形成一个双星，并最终通过引力波的爆发而合并。到目前为止，理论模型和模拟已经无法直接预测的SMBH合并的时间尺度从头计算星系形成理论，只集中在有限的阶段的SMBH的轨道衰减的理想条件下的星系主机。预测的SMBH合并时间尺度很长，是Gyrs级的，这可能对未来的引力波搜索造成问题。在这里，我们提出了第一个多尺度的$Λ$ CDM宇宙学模拟，遵循轨道衰变的一对SMBH在合并的两个典型的大质量星系在$z\sim3$，所有的方式，以最终的合并驱动的引力波发射。质量为$\sim10^{8}$ M $_{\odot}$的两个SMBH迅速地沉降在合并残余物的核中。由于合并的耗散性质和高红移星系的内在致密性，残余物是三轴的，并且非常致密。这样的性质自然允许SMBH二进制的非常有效的硬化。SMBH合并发生在银河系核心合并后的$\sim10$百万年内，比哈勃时间小两个数量级。
2016-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The XMM-Newton spectrum of a candidate recoiling supermassive black hole: an elusive inverted P-Cygni profile
我们提出了一个详细的光谱分析新的XMM牛顿数据的源CXOC J100043.1+020637，也被称为CID-42，在COSMOS调查中检测到z = 0.359。以前的工作表明CID-42是一个候选反冲超大质量黑洞，在~6 keV（静止）的X射线光谱中也显示出倒置的P-Cygni轮廓，具有铁发射线和红移吸收线（在以前的XMM-牛顿和钱德拉观测中在3 σ处检测到）。对吸收线的详细分析表明，存在着高速流入黑洞的电离物质。在新的长XMM-牛顿观测中，虽然整体光谱形状保持不变，但连续2-10 keV通量相对于先前观测减少了约20%，并且未检测到吸收线。吸收线强度的上限为EW<162 keV。广泛的蒙特卡罗模拟表明，未检测到的线完全是由于流入的材料的性质的变化，在协议的瞬态性质，这些功能，以及该线的强度低于先前测量的概率为98.8%。在CID-42作为反冲SMBH的情况下，吸收线可以解释为由于密度可变的气体流入并位于SMBH附近并与之反冲。
2013-10-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gravitational Wave Driven Mergers and Coalescence Time of Supermassive Black Holes
研究了初始嵌入合并星系中心的超大质量黑洞（SMBH）从星系合并开始到合并的演化过程。我们进行了大量的直接N体模拟与三个不同的斜率的中央恒星尖点和不同的随机种子。后牛顿条款高达3.5阶用于驱动SMBH二进制的相对论性制度的演变。研究了SMF对硬化速率和聚结时间的影响。我们发现，SMBH二进制合并以及在十亿年内，当我们的模型被缩放到一个陡峭的尖点在低红移的星系。在这里，更高的中心密度提供了更大的恒星供应，以有效地从SMBH双星轨道中提取能量，并将其缩小到引力波（GW）发射占主导地位的阶段，从而导致SMBH的合并。合并的模型与浅尖点，是代表巨大的椭圆星系的中心核心的结果在较低的效率提取的二进制轨道能量，由于较低的恒星密度的中心。然而，在这样的星系合并中，SMBH双星的高偏心率值确保了GW发射占主导地位的相位集在更早的半长轴的较大值。这有助于补偿在恒星相遇阶段的能量提取效率较低，导致在双星形成后约一个Gyr内合并SMBH。此外，我们见证了合并残余物中的质量偏析，导致SMBH二元硬化率提高。我们表明，至少在尖状低质量星系的合并的最后阶段将与GW探测器eLISA观察。
2018-03-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining astrophysical observables of Galaxy and Supermassive Black Hole Binary Mergers using Pulsar Timing Arrays
利用星系-恒星质量函数、偶分数、合并时标和黑洞-宿主星系关系等天体物理观测量，提出了一个描述宇宙中超大质量黑洞双星合并速率的解析模型.构造观测先验，计算出引力波背景（GWB）的特征光谱$h_c$在频率为$f=1/{\rm yr}$时的允许范围为$10^{-16}<h_c<10^{-15}$.我们利用我们的参数化来解决脉冲星定时阵列（PTA）观测的天体物理推断问题。我们模拟了一系列的上限和检测，并使用嵌套抽样算法来探索参数空间。证实以前的结果，我们发现，目前的PTA非检测不放置任何可观的显着限制，但是，无论是未来的上限或检测将显着提高我们的SMBHB人口的知识。如果在$h_c(f=1/{\rm yr})=10^{-17}$的水平上没有检测到GWB，我们目前对星系和SMBHB合并的理解在$5σ$的水平上是不利的，这表明严重的双星失速，高估SMBH -宿主星系关系，以及合并SMBHB的极端动力学特性。相反，未来对平方公里阵列（SKA）型阵列的探测将允许限制宇宙中SMBHB合并率的正常化，星系配对和SMBHB合并之间的时间，SMBH -宿主星系关系的正常化和动态二元属性，包括它们的离心率和恒星环境的密度。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Music from the heavens - Gravitational waves from supermassive black hole mergers in the EAGLE simulations
我们利用EAGLE套件中的参考宇宙学流体动力学模拟来估计来自超大质量黑洞合并的引力波信号的预期事件率，这些信号可以通过天基干涉仪（例如改进型激光干涉仪空间天线（eLISA））来解决。这些模拟假设一个$Λ$ CDM宇宙演化与国家的最先进的辐射冷却，恒星形成，恒星质量损失，并从恒星和吸积黑洞的反馈亚网格模型。它们已经被证明以前所未有的保真度再现了观测到的星系群。我们将EAGLE中超大质量黑洞的合并速率与最新的唯象波形模型相结合，从合并黑洞的内禀参数计算出引力波信号。EAGLE模型预测了诸如eLISA的引力波探测器每年探测到的$\sim2$。我们发现，这些信号在很大程度上占主导地位的合并种子质量黑洞合并在红移之间的$z\sim2$和$z\sim1$。为了研究假设的黑洞种子质量的依赖性，我们引入了一个额外的模型，黑洞种子质量的数量级小于我们的参考模型。我们还考虑了一个变化的参考模型中的黑洞合并时间尺度的预期延迟的处方已包括在其宿主星系合并后。我们发现，合并率是相似的，在所有的模型，但初始黑洞种子质量可以区分通过它们检测到的引力波形。因此，eLISA探测到的特征引力波信号将为超大质量黑洞的起源和黑洞种子的初始质量分布提供深刻的见解。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Accretion onto supermassive and intermediate mass black holes in cosmological simulations
针对宇宙学模拟中黑洞吸积建模的动态范围和理论不确定性问题，提出简单灵活的参数化方法，结合贝叶斯正向建模，更新吸积处方并添加未解析吸积盘模型，揭示不同质量黑洞吸积差异及合并特征。
2025-08-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fossil Gas and the Electromagnetic Precursor of Supermassive Binary Black Hole Mergers
利用一维高度积分模型，计算了具有共面气体盘的不等质量双黑洞的演化，由于次级黑洞的存在，气体盘中含有一个能隙。外环双星盘的粘性演化最初使双星变硬，而内盘则流入主（中心）黑洞。只要内盘在低$\dot{M}_{\rm ext}$下保持冷却和薄（而不是变得热和几何上厚），内盘的质量就达到通常为$\sim 10^{-3}-10^{-4}\Msun$的渐近质量。一旦半长轴收缩到一个临界值以下，引力波造成的角动量损失在双星硬化过程中将超过粘性输运。这样，内盘就不再对吸入的黑洞作出粘性反应。相反，潮汐与次级星系的相互作用迅速地将内部的星盘驱动到初级星系中。内盘的潮汐和粘性耗散导致亮度$L\propto t_{\rm minus}^{5/4}$的后期增亮，其中$t_{\rm minus}$是最终合并之前的时间。这种后期增亮在最终合并于$\sim 0.1 L_{\rm Edd}$的前一天达到$\sim 1$峰值。这种行为是相对稳健的，因为在这种二元系统的粘性-引力耦合演化中的自我调节。它构成了一个独特的电磁签名的二进制超大质量黑洞合并，并可能允许主机星系被识别，如果与激光干涉空间天线（LISA）的定位结合使用。
2009-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
WISDOM Project -- XIII. Feeding molecular gas to the supermassive black hole in the starburst AGN-host galaxy Fairall 49
暗天体质量的毫米波干涉测量（WISDOM）正在通过分子气体动力学探测哈勃序列中星系中的超大质量黑洞。我们提出了第一个WISDOM研究的亮红外星系与活动星系核（AGN）：费尔奥尔49。我们使用新的ALMA观测CO（2-1）线的空间分辨率约为80 pc的辅助HST成像。结果表明：（1）CO的运动学可以很好地描述为一个规则旋转的径向流入的气体盘，说明活动星系核和星暴活动对冷气体的反馈都很弱;（2）动态推断的SMBH质量为1.6 +/- 0.4（rnd）+/- 0.8（sys）x 10^8 Msun，假设我们已经精确地减去了活动星系核和星暴光的贡献，它们的光度约为10^9 Lsun;（3）SMBH质量与SMBH-恒星质量关系一致，但比以前根据X射线变化估计的高出约50倍;（4）分子气体质量比采用银河系CO-H_2转换因子（X_CO）计算的结果小30倍，表明X_CO值较低;（5）分子气体流入速率随半径增加而稳定增加，可能高达5 Msun/yr。这项工作突出了使用高分辨率CO数据估计，除了SMBH质量，X_CO因子和气体流入率在附近的星系的潜力。
2022-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Future merger of the Milky Way with the Andromeda galaxy and the fate of their supermassive black holes
我们的银河系和附近的仙女座星系（M31）是本星系群中质量最大的成员，尽管两个星系的相对运动还不确定，但它们似乎是一对结合在一起的星系。多项研究表明，这两个星系将有可能在未来4 $-$ 5 Gyr进行近距离接近。我们使用直接的$N$体模拟来模拟这种相互作用，以揭示银河系-仙女座系统的未来，并首次探索位于其中心的两个超大质量黑洞（SMBH）的命运。我们研究了两个星系的相对运动的不确定性，与它们移动的初始速度和漫射环境的密度有关，如何影响它们合并并形成"Milkomeda“所需时间的估计。在星系合并之后，我们跟随它们的两个SMBH的演化直到它们的紧密配对和融合。根据基准参数集，我们发现银河系和仙女座将在未来4.3 Gyr内最接近，并在10 Gyr的跨度内合并。虽然第一次相遇的时间与其他预测一致，但我们发现合并发生的时间比以前估计的要晚。我们还表明，这两个SMBH将螺旋在Milkomeda的内部区域合并后，在不到16.6百万年。最后，我们评估了由SMBH的螺旋引起的引力波发射，我们讨论了通过下一代引力波探测器在附近的宇宙（$z\leq 2$）中的类似SMBH合并的可探测性。
2021-02-22 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
Growing supermassive black holes in the late stages of galaxy mergers are heavily obscured
星系的合并被认为会导致大量的气体流入内部秒差距，这可以激活超大质量黑洞（SMBH）的快速吸积，从而产生活动星系核（AGN）。在这一过程的很大一部分，SMBH预计将被气体和尘埃笼罩。在硬X射线波段，辐射受吸收的影响较小，在不同的合并阶段，研究52个星系核中的红外选择的本地发光和超亮红外星系，我们发现，在合并的最后阶段，SMBHs周围的材料量增加。我们发现，在合并晚期星系中，康普顿厚度（CT，$N_{\rm\,H}\geq 10^{24}\rm\,cm^{-2}$）活动星系核所占的比例（$f_{\rm\,CT}=65^{+12}_{-13}\%$）比局域硬X射线选择活动星系核（$f_{\rm\,CT}=27\pm 4\%$）高，并且当两个合并星系的核处于$D_{12}\simeq0.4-10.8$千秒差距（$f_{\rm\,CT}=77_{-17}^{+13}\%$）的投影距离时，暗度达到最大值。我们还发现，在我们的样本中，所有的晚期合并星系的活动星系核都有$N_{\rm\,H}> 10^{23}\rm\,cm^{-2}$，这意味着遮蔽物质覆盖了X射线源的$95^{+4}_{-8}\%$。这些观测结果表明，在星系合并的后期阶段，物质从星系尺度到几十秒差距内是最有效的漏斗，并且高级合并中的SMBHs的封闭环境相对于孤立星系中的SMBHs更富含气体和尘埃，并且不能用经典的AGN统一模型来解…
2017-03-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the mass relation between supermassive black holes and dark matter halos at high redshifts by gravitational wave experiments
本文通过引力波实验（LISA和PTAs）探测高红移处超大质量黑洞与暗物质晕的质量关系，基于共演化模型研究并合产生的引力波信号，为揭示黑洞演化提供新途径。
2025-09-25 astro-ph.CO gr-qc
Supermassive Black Hole Seed Formation at High Redshifts: Long-Term Evolution of the Direct Collapse
利用宇宙学自适应网格加密（AMR）程序恩佐（Enzo）放大模拟，研究了高红移下暗物质（DM）晕中坍缩气体的长期演化。这种直接坍缩过程是在高z下快速形成超大质量黑洞（SMBH）种子的主要候选者。为了避免小半径下的Courant条件，我们采用了sink粒子方法，并着重研究了~0.01-10 pc尺度下的演化。塌缩分两个阶段进行，第二次失控发生在中央10 pc内，没有检测到碎片。当坍缩气体需要在最高细化水平下对网格尺寸进行额外细化时，形成下沉颗粒。它们的质量从未超过~10^3 Mo，唯一的例外是中心种子在~ 200万年内急剧增长到~ 2 x 10^6 Mo，这证实了这条通往SMBH的路径的可行性。吸积气体中角动量轴的时间变化导致两个错位盘的形成-一个小的内盘和一个更大的外盘，外盘与内盘倾斜约45 °。这些圆盘的自引力被严重稀释-两个圆盘都位于中心种子的罗氏极限内。虽然内盘是几何薄和弱不对称的，外盘耀斑由于湍流运动的结果，大量流入沿一对穿透细丝。通过细丝流入的几何形状决定了这个圆盘中的主傅立叶模式和次傅立叶模式-这些模式具有非自引力的起源。我们不确认m=1是一个主要的模式，驱动流入的存在下，一个中心的大质量物体。虽然盘的位置取决于选择打破自相似坍缩的尺度，但整体配置似乎是通用的，并且预计将在中心种子变得足够大时形成。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational-wave background from supermassive black holes without merger trees: Tidally regulated mergers and direct inference from the NANOGrav 15 yr data
GRAPPA Institute, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学 GRAPPA 研究所）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, WPI), University of Tokyo（东京大学 宇宙物理数学 Kavli 研究所）
提出无需并合树的半解析框架，直接积分N体重标定吸积核计算超大质量黑洞引力波背景，并用NANOGrav 15年数据推断，发现黑洞质量归一化偏高约0.31 dex。
2026-10-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Galaxy pairs in the Sloan Digital Sky Survey - IX: Merger-induced AGN activity as traced by the Wide-field Infrared Survey Explorer
星系之间的相互作用预计会导致气体流入，可能引发核活动。由于流入的物质可以掩盖相互作用星系的中心区域，以前的光学研究的一个潜在的限制是，被掩盖的活动星系核（AGN）可以错过在合并序列的各个阶段。我们提出了第一个大的中红外研究活动星系核合并和星系对，以量化的相互作用所引发的模糊活动星系核的发病率。样本由斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey）绘制的星系对和合并后的星系组成，这些星系对和宽视场红外天空探测器（WISE）的探测结果相匹配。我们发现，在对活动星系核的分数，相对于质量，红移和环境匹配的控制样本，增加作为一个功能，减少预计分离。这种增强是最引人注目的合并后的样本，在那里我们发现一个因素的10-20过剩的活动星系核部分相比，控制。虽然这种趋势是在定性协议的基础上的光学活动星系核选择的结果，中红外选择活动星系核过剩增加更显着地在合并后比光学活动星系核。我们的研究结果表明，积极占主导地位的光学遮蔽活动星系核变得更加普遍，在最先进的合并，与理论预测一致。
2014-03-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Supermassive black hole spin-flip during the inspiral
在致密双星的后牛顿演化过程中，不同于1的质量比提供了第二个小参数，这可能导致意想不到的结果。我们提出了一个统计的超大质量黑洞候选人，这使我们能够首先得到它们的质量分布，然后建立一个数学上均匀的概率质量比在他们的相遇。在质量比为1/30，1/3的超大质量黑洞并合中，自旋轨道进动和引力辐射的综合作用导致了在并合的内旋阶段主导自旋的自旋翻转。这提供了一个机制，解释了大量的X形射电星系的观测。在另外40%的质量比为（1/30，1/1000）的合并中，自旋翻转从未发生，而在其余20%的质量比为（1/3，1）的合并中，自旋翻转可能发生在坍缩过程中。我们分析的自旋翻转角的大小发生在inspiral作为函数的质量比和原始的相对取向的自旋和轨道角动量。我们还推导出了在这个质量比范围内的最终自旋在螺旋结束时的公式。
2010-07-26 astro-ph.CO gr-qc
First Light And Reionization Epoch Simulations (FLARES) -- XIX: Supermassive black hole mergers in the early Universe and their environmental dependence
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；The Institute of Cancer Research（癌症研究所）；Astronomy Centre, University of Sussex（萨塞克斯大学天文学中心）；Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth（朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所）；Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire（赫特福德大学天体物理学研究中心）；Department of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系）
本研究利用 FLARES 宇宙学流体动力学放大模拟分析 $z=5$–10 的 SMBH 并合及其环境依赖，并预测 LISA 对高红移并合事件的探测率与模型敏感性。
2025-10-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Accretion, Growth of Supermassive Black Holes, and Feedback in Galaxy Mergers
超级爱丁顿吸积在增加黑洞的质量方面非常有效：如果不考虑反馈效应，在爱丁顿时间的一小部分内，它的质量可以增长到任意大的值。然而，由于超爱丁顿吸积的辐射效率很低，人们反对它作为类星体黑洞生长的主要过程，因为观测限制了类星体黑洞的平均吸积效率为$\ga 0.1$。在本文中，我们表明，观测约束不需要被违反，如果类星体中的黑洞经历了两个阶段的增长过程：与短的超爱丁顿吸积过程中，他们得到他们的质量膨胀了一个非常大的因素，直到反馈过程变得重要，然后与一个长期的子爱丁顿吸积过程中，他们有他们的质量增加了一个因素$\ga 2$。这个两阶段过程的总平均效率是$\ga 0.1$，并且很容易用红移6来解释$10^9 M_\odot$黑洞的存在。简要讨论了超爱丁顿吸积相存在的观测检验。
2012-05-02 astro-ph.CO gr-qc
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
Probing Self-Interacting Dark Matter via Gravitational-Wave Background from Eccentric Supermassive Black Hole Mergers
本研究利用偏心超大质量黑洞双星并合产生的随机引力波背景，结合改进的动力学摩擦与轨道演化模型，证明脉冲星计时阵列可约束自相互作用暗物质截面。
2025-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The birth of a supermassive black hole binary
研究了星系合并后期超大质量黑洞从kpc到pc尺度的动力学演化。特别是，我们捕获的形成的二进制，一个必要的步骤，最后合并之前，并追溯导致轨道衰减的主要过程。我们使用不同分辨率的星系合并的流体动力学模拟，从$20\,\rm pc$到$1\,\rm pc$，为了研究我们的结果的分辨率的影响，消除数值效应，并评估解决轨道黑洞的影响半径是一个最低条件，以充分捕捉形成的二进制。我们的模拟包括相关的物理过程，即恒星形成，超新星反馈，吸积到黑洞和随后的反馈。我们发现，在这些合并中，来自核的光滑恒星成分的动力学摩擦是驱动黑洞从kpc到pc尺度的主要过程。气体并不起关键作用，甚至团块也不会引起散射或扰动轨道。我们比较分析预测的二进制的形成所需的时间，并建议如何应用这种分析形式主义，以获得估计的二进制形成时间在较低分辨率的模拟。
2017-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gas Accretion versus BH Merger driven Growth Modes of Supermassive Black Holes and Implications for the Little Red Dots
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) - Osservatorio Astronomico di Trieste (OATs)（意大利国家天体物理研究所（INAF）- 的里雅斯特天文台（OATs））；Centro de Ciências Naturais e Humanas - Universidade Federal do ABC（自然与人类科学中心 - 圣保罗联邦ABC大学）；Núcleo de Astrofísica - Universidade Cidade de São Paulo（天体物理学核心 - 圣保罗城市大学）
研究区分了超大质量黑洞增长的气体吸积与黑洞并合驱动模式，并探讨了小红点的形成机制。
2026-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Prospects for gravitational-wave detection and supermassive black hole astrophysics with pulsar timing arrays
大面积的巡天观测显示，在哈勃时间内，大质量星系至少会经历一次大的合并。正在进行的脉冲星计时阵列（PTA）实验旨在测量星系合并残余物中心的双超大质量黑洞（SMBH）的引力波（GW）发射。在本文中，使用最新的观测估计的一系列星系的属性和标度关系，我们预测的GW背景的振幅产生的二进制SMBH人口。我们还预测了单个二进制SMBH GW源的数量。我们预测GW背景的特征应变幅度位于$5.1\times10^{-16}<A_{\rm yr}<2.4\times10^{-15}$范围内，频率为$(1\,{\rm yr})^{-1}$，置信度为95%。在这个范围内的更高的值，对应于更普遍的星系合并时间尺度的首选，将在未来几年内落入现有PTA项目的预期敏感性范围内。相比之下，我们发现需要由下一代射电望远镜观测到的至少100颗脉冲星组成的PTA才能检测到来自二元SMBH的连续波GW。我们进一步建议，GW内存突发合并SMBH对是不可行的来源PTA。GW背景和单个GW源计数都由在红移为$\lesssim 1.5$的质量为$\gtrsim5\times10^{10}M_{\odot}$的早型星系合并中形成的双星所主导。星系合并时间尺度的不确定性和SMBH质量-星系核球质量关系主导了我们预测的不确定性。
2014-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Self-interacting dark matter solves the final parsec problem of supermassive black hole mergers
本文提出超大质量黑洞周围的自相互作用暗物质尖峰的动力学摩擦能解决“最终秒差距”停滞问题，并软化低频引力波谱，且依赖速度的自相互作用截面能同时拟合观测数据。
2024-06-03 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
