Massive black hole binaries: dynamical evolution and observational signatures
大质量黑洞对在合并过程中的动力学演化研究在等级星系形成的背景下是至关重要的。黑洞二进制的形成和合并的时间尺度仍然约束不足，导致在电磁波和引力波频谱中检测到的大质量黑洞二进制的预期速率存在很大的不确定性。在这里，我们回顾了目前的理论认识的黑洞配对星系合并，特别注意最近的发展和开放的问题。我们的结论与审查的预期观测签名的大规模的二进制文件，并在文献中讨论的候选人。
2011-11-02 astro-ph.CO
European Pulsar Timing Array Limits on Continuous Gravitational Waves from Individual Supermassive Black Hole Binaries
我们已经在最新的EPTA数据集中搜索了可单独分辨的圆形超大质量黑洞双星（SMBHB）产生的连续引力波（CGW）信号，该数据集由41毫秒双星的超精确定时数据组成。我们开发频率论和贝叶斯检测算法来搜索单色和频率演化系统。所采用的算法没有证据表明存在这样一个CGW信号，表明数据是最好的描述脉冲星和辐射计噪声。根据所采用的检测算法，天空平均应变幅度的95%上限位于$5{\rm nHz}<f<7{\rm nHz}$处的范围$6\times 10^{-15}<A<1.5\times10^{-14}$内。该限制根据假定的源位置而变化五倍，并且最大约束限制朝向定时阵列中最敏感的天线的位置实现。最稳健的上限--通过对我们六个最佳脉冲星子集上的信号和脉冲星噪声同时进行全贝叶斯分析搜索获得--是$A\approx10^{-14}$。这些限制是迄今为止对$f<10{\rm nHz}$最严格的限制，排除了啁啾质量为$\cal{M}_c>10^9$ M $_\odot$的距离约为25 Mpc的亚厘秒差距双星，以及距离约为1 Gpc的$\cal{M}_c>10^{10}$ M $_\odot$（$z\approx0.2$）。我们表明，最先进的SMBHB群体模型预测$<1\%$检测CGW与当前EPTA数据集的概率，与报告的非检测一致。然而，我们强调，PTA对个人CGW的限制在过去五年中几乎提高了一个数量级。脉冲星…
2015-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Ultra-low frequency gravitational waves from cosmological and astrophysical processes
超低频引力波（${\lesssim 100\,\mathrm{nHz}}$）是理解低红移质量$\sim 10^{6}-10^{9}\,M_\odot$天体物理黑洞双星组装和演化的关键。这些GWs也提供了一个独特的窗口到各种各样的宇宙学过程。脉冲星定时阵列（PTA）开始在$\sim 1-100\,\mathrm{nHz}$测量这种随机信号，预计几个阵列的数据组合将在未来几年内确认检测。产生$\mathrm{nHz}$频率的引力辐射的主要物理过程仍然不确定。PTA观测目前无法区分一个二进制BH天体物理前景的宇宙学背景下，由于说，一阶相变的温度$\sim 1-100\,\mathrm{MeV}$在一个弱相互作用的黑暗部门。这封信探讨了在何种程度上纳入集成边界的超低频GW频谱的任何组合的宇宙微波背景，大爆炸核合成或天体测量观测可以帮助打破这种简并。
2021-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Discovering the Cosmic Evolution of Supermassive Black Holes using Nano-Hertz Gravitational Waves and Galaxy Surveys
本文首次提出利用纳赫兹引力波背景与星系巡天的互相关信号，以高于五的信噪比探测超大质量黑洞随红移的演化，开辟了新的观测窗口。
2024-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The First Upper Bound on the Nano-Hertz Gravitational Waves and Galaxy Cross-Correlation signal using 15-year NANOGrav Data and DESI Galaxy Survey
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
利用NANOGrav 15年数据和DESI星系巡天，首次对纳赫兹引力波与星系大尺度结构的交叉相关性设限。
2026-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Binary super-massive black hole environments diminish the gravitational-wave signal in the pulsar timing band
我们评估了超大质量黑洞（SMBH）环境对双星SMBH的引力波（GW）信号的影响。迄今为止，搜索与脉冲星定时阵列的GW从二进制SMBH，在频带$\sim1-100$ \，nHz，包括假设所有的二进制是圆形的，只通过GW的排放演变。然而，动力学研究表明，双星SMBH轨道可以衰变到分离的唯一方式，其中GW发射主导了演化，是通过与环境的相互作用。我们增加了现有的星系和SMBH的形成和演化模型与计算的二进制SMBH演化在恒星环境中，占非零的二进制偏心率。我们发现，二进制文件和它们的环境之间的耦合导致预期的GW光谱能量分布相对于圆形，GW驱动的二进制文件的标准假设，频率高达$\sim20$ \，nHz的减少。在二进制的形成更大的偏心率进一步减少在这个制度的信号。我们还发现，GW爆发从个别偏心二进制SMBHs是不太可能被检测到与目前的脉冲星定时阵列。在这些预测的不确定性是很大的，由于观测的不确定性SMBH星系的标度关系和星系恒星质量函数，不确定性的性质，联星环境耦合，和不确定性的最大质量的联星SMBH的数量。然而，我们的结论是，从二进制SMBHs低频GW可能更难以检测脉冲星定时阵列比目前认为的。
2014-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational wave signatures of no-scale Supergravity in NANOGrav and beyond
该研究在无标度超引力框架下首次推导出三峰引力波信号，其频率覆盖nHz、Hz和kHz，与PTA数据吻合，可作为该理论的观测特征。
2024-02-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
The Stellar Kinematic Signature of Massive Black Hole Binaries
即使在附近的星系中，合并的大质量双黑洞（BBH）的失速半径预计也低于0”.1（Yu 2002），因此BBH预计在不久的将来不会被空间分辨。然而，正如我们下面所展示的，BBH可以通过它产生的显著各向异性的恒星速度分布来检测，其尺度比双星分离大5-10倍。通过求解嵌入凸势的BBH的限制性三体问题，计算了BBH附近稳定轨道的速度分布。我们根据~ 10^8稳定轨道的快照，给出了投影速度分布矩的高分辨率地图。在平均速度图中，BBH的运动学特征是在BBH希尔球之外的恒星的反向旋转环面。速度色散图显示，与相同总质量的单个BH相比，内部区域有一个倾角，并且超出20-40%。在第三和第四高斯-厄米特速度矩图中可以看到更明显的签名。这些特征的检测可以指示当前或在某个更早的时间存在BBH，这取决于BBH合并之后的速度相空间混合的速率。
2010-05-17 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
Gravitational Waves from SMBH Binaries in Light of the NANOGrav 15-Year Data
本文基于NANOGrav 15年数据研究nHz引力波是否源自超大质量黑洞双星，发现谱指数与纯引力波驱动演化不符，并提出气体、恒星和暗物质动力学摩擦等环境效应可能影响双星演化。
2024-01-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Can supercooled phase transitions explain the gravitational wave background observed by pulsar timing arrays?
研究过冷一阶相变能否解释脉冲星计时阵列观测到的nHz引力波背景，指出转变无法完成及重加热温度过高这两个关键问题，挑战了此类新物理解释的可行性。
2024-05-16 astro-ph.CO hep-ph
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
Fingerprint of GeV scale right-handed neutrinos on inflationary gravitational waves and PTA data
本文证明GeV尺度右手中微子驱动的非标准暴胀后宇宙学可使蓝倾斜暴胀引力波与脉冲星计时阵列观测相容，并预言未来LIGO可检验的相关信号，同时该机制还能解释中微子质量和重子不对称性。
2023-11-03 astro-ph.CO hep-ph
A New Approach to the Low Frequency Stochastic Gravitational Wave Background: Constraints from Quasars and the Astrometric Hellings-Downs Curve
本文利用类星体自行数据构建首条天体测量 Hellings-Downs 曲线，对低频随机引力波背景给出迄今最强的天体测量约束。
2025-03-11 astro-ph.CO 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
Consistency of JWST Black Hole Observations with NANOGrav Gravitational Wave Measurements
本文提出将NANOGrav等PTA发现的纳赫兹引力波解释为SMBH双星通过环境相互作用和引力波辐射损失能量，从而统一解释JWST观测到的早期宇宙SMBH丰度与双AGN比例之谜，并预测LISA等探测器可观测到相关信号。
2024-05-05 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Pulsar timing arrays and the challenge of massive black hole binary astrophysics
脉冲星定时阵列（PTA）被设计用于探测nHz频率的引力波（GW）。预期的主导信号由超大质量黑洞（SMBH）双星的宇宙学布居所发射的所有波的叠加给出。这种叠加产生了一个不相干的随机背景，在这个背景之上，特别明亮或附近的光源可能会被单独分辨。在这篇文章中，我描述了预期的GW信号的属性，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。我描述了当前PTA的努力，未来的探测和SMBH双星天体物理的前景。
2014-07-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Gravitational Self-Lensing in Populations of Massive Black Hole Binaries
科学界可能即将探测到来自大质量黑洞双星（MBHB）的低频引力波，但还没有双星活动星系核（AGN）的例子得到证实。由于MBHB本质上是罕见的，最有希望的检测方法利用来自全天空调查的光度数据。最近D 'Orazio & Di Stefano 2018（arXiv：1707.02335）提出了引力自透镜作为一种在近距离分离双星中探测活动星系核的方法。在这项研究中，我们计算的可检测性透镜签名在现实人口的模拟MBHB。在我们的模型假设，我们发现，VRO的LSST应该能够检测到10秒至100秒的自透镜双星，与率的不确定性主要取决于AGN盘相对于他们的双星轨道的方向。大约四分之一的透镜可探测系统也应该显示出可探测的多普勒增强特征。如果活动星系核盘倾向于与轨道对齐，则透镜特征几乎是消色差的，而在未对齐的配置中，蓝色光学带比红色光学带被透镜化得更多。是否有大量遮蔽材料（例如~一个尘埃环面）将出现在密近双星中仍然不确定，但我们的估计表明，在这种情况下，相当大一部分系统仍然是可观测的。
2021-07-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
The observable signature of late heating of the Universe during cosmic reionization
再电离时代的模型和模拟预测，氢原子21厘米跃迁的光谱将显示出一个明确的波动峰，分别在红移和标度，标志着再电离的中心阶段和电离气泡的特征尺寸。这是基于这样的假设：宇宙气体被恒星残骸（特别是X射线双星）加热到远高于当时宇宙微波背景的温度（~ 30 K）。在这里，我们表明，而不是硬光谱（即光谱与更多的高能光子比低能光子）的X射线双星使这种加热无效，导致延迟和空间均匀加热，修改21厘米的签名再电离。我们不应该寻找大尺度波动的简单上升和下降（峰值在几毫开尔文），我们必须期待一个更复杂的信号，也具有明显的最小值（小于1毫开尔文），标志着宇宙平均气体温度在微波背景之上的上升。可能使用今天运行的射电望远镜观察该信号，将证明在早期存在硬X射线宇宙背景。
2014-02-05 astro-ph.CO
Probing the Dark Matter density with gravitational waves from super-massive binary black holes
本文提出超大质量双黑洞引力波频谱在nHz处的抑制效应可用于限制暗物质密度，进而约束星系中心间接探测信号，并有望通过精确频谱实现暗物质密度剖面层析成像以探测粒子物理效应。
2023-07-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
An Electromagnetic Signature of Galactic Black Hole Binaries That Enter Their Gravitational-Wave Induced Inspiral
富含气体的星系合并会导致黑洞双星，由于周围气体的动力学摩擦而合并。一旦双星的史瓦西半径小于10^3，它的合并就由引力波（GW）的发射驱动。我们发现，这种转变一般发生在轨道周期约1-10年，轨道速度V为几千公里/秒，与气体的供应率非常弱的依赖性（V成比例的Mdot^{1/8}）。因此，当双星进入它们的GW主导的螺旋时，它们不可避免地在任何相关类星体的宽发射线中引起大的周期性偏移。由于它们的寿命要短得多，在更紧密的结构中找到一个双星的概率为V^{-8}。在数月至数十年的时间尺度上对类星体的宽发射线进行系统监测，可以为LISA的GW源的预期速率设定下限。
2009-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Emission Lines as a Tool in Search for Supermassive Black Hole Binaries and Recoiling Black Holes
探测并合前双星的电磁（EM）对应物对于我们理解这些系统的演化以及相关的吸积物理具有非常重要的意义。此外，从合并的超大质量黑洞双星（SBHB）中观测到的电磁波和引力波信号的组合将提供对红移和光度距离的独立测量，从而允许高精度的宇宙学测量。然而，这些物体的统计学上的重要样本尚未获得，并且通过观测发现它们已被证明是一项艰巨的任务。在这里，我们将讨论现有的观测证据，以及如何在合并之前和之后的SBHB的观测签名的理论理解的进一步进展，可以帮助在未来的搜索。
2009-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Multi-messenger and Multi-band Studies of Massive Black Holes: the Synergies Between LISA and SKAO
University of Zurich（苏黎世大学）；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））；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）
本文研究LISA与SKAO协同探测大质量黑洞双星的多信使和多波段引力波与电磁波信号，通过数值模拟评估可探测的符合信号数量，并指出SKAO-PTA与LISA可联合实现首个低频多波段引力波探测，为研究超大质量黑洞环境提供新约束。
2026-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Implications of the pulsar timing array detections for massive black hole mergers in the LISA band
基于PTA对引力波背景的探测，本研究利用经校准的半解析模型预测LISA在4年任务期内可探测到十几个至数千个大质量双黑洞，且能精确估计其质量、位置和距离等参数。
2023-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Characterizing Continuous Gravitational Waves from Supermassive Black Hole Binaries in Realistic Pulsar Timing Array Data
本研究通过模拟NANOGrav 15年数据，评估贝叶斯方法探测连续引力波的能力，发现53%的真实双星种群可被探测，但啁啾质量恢复精度有限。
2025-08-07 astro-ph.CO astro-ph.HE
Electromagnetic signatures from accreting massive black hole binaries in time domain photometric surveys
本研究通过3D流体动力学模拟计算吸积大质量黑洞双星的SED和光变曲线，发现不等质量或偏心双星在VRO探测下可被识别至z~2，为理解LISA源物理提供关键电磁特征。
2024-02-07 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
Suppressed "lump" EM signature in radiation pressure dominated accreting massive black hole binaries
通过三维模拟发现辐射压抑制等质量圆轨道MBHBs的“团块”特征，增强紫外和软X射线发射，并在高红移下提升光学可探测性。
2025-10-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
Measuring anisotropies in the PTA band with cross-correlations
本文从第一性原理证明将纳赫兹引力波背景图与密集星系巡天互相关可显著抑制散粒噪声和有限分辨率噪声，使背景各向异性首次探测前景提升一个数量级以上。
2025-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Reconstructing PTA measurements via early seeding of supermassive black holes
Colgate University（科尔盖特大学）；University of Auckland（奥克兰大学）
基于脉冲星计时阵列纳赫兹信号可能由超大质量黑洞双星主导及高红移类星体观测，计算早期种子超大质量黑洞对PTA信号的影响，探讨暗星坍缩等种子形成机制，表明暗星种子SMBH或为主要贡献者并给出设定种子数密度上限的方法。
2026-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Realization Variance of Gravitational Wave Background Anisotropies from Shot Noise for Pulsar Timing Arrays
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文针对脉冲星计时阵列，通过蒙特卡罗模拟研究nHz引力波背景散粒噪声的实现方差，发现其振幅概率分布宽，集合平均与简单估计存在显著差异，需建模完整分布以解释测量结果。
2026-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Observable Signatures of EMRI Black Hole Binaries Embedded in Thin Accretion Disks
我们研究了恒星质量致密天体（CO）螺旋进入一个超大质量黑洞（极端质量比吸入或EMRI）的电磁（EM）和引力波（GW）签名，嵌入在一个薄的，辐射压为主的，吸积盘。在大的分离，潮汐效应的次生CO清除间隙。我们发现，间隙回填在后期GW驱动阶段的inspiral，导致突然EM增亮的源。吸积盘通过其与双星的角动量交换、由于吸积而使双星成员的质量增加以及其引力在GW上留下印记。我们计算的磁盘修改GW在分析牛顿近似和数值有效的一体化方法。我们发现，磁盘引起的迁移提供了主导扰动的inspiral，从质量吸积到CO和流体动力阻力的影响较弱。根据是否存在间隙，GW相位的扰动在每年10到1000弧度之间，未来的激光干涉仪空间天线（LISA）可以高度检测到。在固定相近似的磁盘修改的GW的傅立叶变换是敏感的磁盘参数的频率趋势不同于后牛顿真空校正。我们的研究结果表明，EMRI的观测可能会对吸积盘的物理特性产生新的敏感约束。
2011-04-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The impact of a primordial gravitational wave background on LISA resolvable sources
本文研究了原初随机引力波背景（SGWB）对 LISA 主要科学目标的影响，发现强 SGWB 会降低信噪比，从而减少可探测事件数量并影响参数限制和天空定位，甚至可能使较微弱的源完全不可探测。
2024-09-22 astro-ph.CO gr-qc
Massive black hole binary systems and the NANOGrav 12.5 year results
北美纳赫兹引力波观测站（NANOGrav）最近报告了在他们的射电望远镜阵列中存在共同随机信号的证据。这一信号的来源尚不清楚。一种可能性是，这是由于在$\sim 1-10\,{\rm nHz}$频率区域的随机引力波背景（SGWB）。以NANOGrav的观测结果在面值，我们表明，这个信号将是完全一致的SGWB产生的一个未解决的人口的螺旋大质量黑洞二进制（MBHB）由目前的理论模型预测。考虑一个天体物理学不可知模型，我们发现MBHB合并率被松散地限制在$10^{-11} - 2$ $\mathrm{Mpc}^{-3}\,\mathrm{Gyr}^{-1}$的范围内。包括额外的限制，从星系配对分数和MBH隆起的标度关系，我们发现，MBHB合并率是$10^{-5} - 5\times10^{-4}$ $\mathrm{Mpc}^{-3}\,\mathrm{Gyr}^{-1}$，MBHB合并的时间尺度是$\le 3\,\mathrm{Gyr}$和规范的$M_\mathrm{BH}-M_\mathrm{bulge}$关系$\ge 1.2\times 10^{8}\,M_\odot$（所有区间引用90\%的置信度）。不管MBHB组装的天体物理学细节如何，这个结果意味着足够大的质量黑洞配对，形成双星并在哈勃时间内合并。
2020-11-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational wave signatures of non-singular matter bouncing cosmology in NANOGrav and beyond
本文研究非奇异物质反弹宇宙学模型中宇宙扰动的演化，发现其诱导的引力波背景具有f²的普适红外频率标度，与NANOGrav数据高度一致，还可能被LISA和ET探测到。
2025-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing modified gravitational wave propagation with strongly lensed coalescing binaries
最近的研究表明，即使在没有电磁对应物的情况下，合并双星引起的四重引力波（GW）事件也可以定位到一个或几个星系中。我们讨论了如何可以用来提取信息修改GW传播，这是一个重要的签名修改在宇宙尺度的重力。我们表明，使用四重透镜系统，它是可能的约束参数$Ξ_0$，其特征在于修改GW传播，而不需要施加一个事先$H_0$。LIGO/Virgo/Kagra网络在目标灵敏度上可能已经获得了$Ξ_0$的重要测量结果，而第三代GW探测器（如爱因斯坦望远镜）可以达到非常有趣的精度。
2021-07-11 astro-ph.CO gr-qc
Post-Newtonian evolution of massive black hole triplets in galactic nuclei -- II. Survey of the parameter space
大质量黑洞双星（MBHB）被认为是在宇宙结构的分级组装过程中在合并星系的中心形成的，并且被认为是低频域中最响亮的引力波（GW）源。然而，由于缺乏与背景恒星和气体的能量交换，这些MBHB中的许多可能会在距离太大的情况下停滞，而GW发射无法在不到一个哈勃的时间内驱动它们合并。然后，在进一步的星系合并后，三重MBH系统必然会形成，引发复杂而丰富的动力学，最终可能导致MBH合并。在这里，我们报告了一个大型的数值模拟的结果，MBH三胞胎设置在球形恒星的潜力和MBH动力学是通过2.5后牛顿秩序的运动方程。从我们的全套模拟系统中，我们发现，一小部分$\simeq 20-30$ %的MBH二进制文件，否则将停止导致合并在哈勃时间。相应的聚结时间尺度在3亿年左右达到峰值，而接近坍落的偏心率虽然很小，但不可忽略（$\lesssim 0.1$）。我们构建和讨论边缘化的概率分布的主要参数，并在该系列的配套文件中，我们将使用这里提出的结果来预测MBH三胞胎的GW信号的贡献，在nHz制度探测脉冲星定时阵列实验。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Dark Matter Spike surrounding Supermassive Black Holes Binary and the Nanohertz Stochastic Gravitational Wave Background
本文研究超大质量黑洞双星周围暗物质尖峰对纳赫兹随机引力波背景的影响，通过贝叶斯拟合NANOGrav等数据发现含暗物质尖峰模型改善拟合，且尖峰斜率略小于1。
2025-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Enhanced power of gravitational waves and rapid coalescence of black hole binaries through dark energy accretion
本研究探讨暗能量吸积对黑洞双星的影响，发现吸积加速轨道圆化、增强引力波功率并显著缩短并合时间，为引力波天文学提供暗能量的观测特征。
2022-10-22 astro-ph.CO gr-qc
Secondary Gravitational Wave Signatures from 5D Rotating Primordial Black Holes in the Dark Dimension
Hubei Polytechnic University（湖北理工学院）；University of Ioannina（约阿尼纳大学）
研究五维旋转原始黑洞作为暗物质候选者的暗维度场景，探讨其蒸发动力学及引力波背景，预测信号在LISA和DECIGO/BBO的灵敏度范围内，验证量子引力和额外维度物理。
2026-05-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-Gaussian Statistics of Nanohertz Stochastic Gravitational Waves
该研究提出半解析框架计算超大质量黑洞双星产生的纳赫兹随机引力波背景的非高斯统计，揭示波干涉与源数量泊松涨落共同塑造非高斯性，并评估了脉冲星计时阵列通过非高斯信息区分引力波背景起源的灵敏度。
2025-02-07 astro-ph.CO gr-qc
Unique Gravitational-Wave Signals from Negative-Mass Binaries
Vanderbilt University（范德堡大学）；Harvard University（哈佛大学）
本文研究负质量双星的引力波特性，通过耦合级别和动力学探测约束负质量，发现其导致反啁啾、分散和 runaway 运动等异常行为，为引力波观测提供了新的排除途径。
2026-05-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Parameter estimation on gravitational waves from multiple coalescing binaries
未来的地基和星载干涉引力波探测器每年可能捕获数万至数千个双星合并事件。从单个事件的引力波特征来估算天体物理学相关参数，如质量和自旋，这方面的工作越来越多，而且意义重大。本文介绍了一个强大的贝叶斯框架相结合的参数估计多个事件的参数分布的基础事件人口。该框架可以很容易地部署为一个快速的后处理工具。
2009-12-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Limits on anisotropy in the nanohertz stochastic gravitational-wave background
观测到的超大质量黑洞双星（SMBHB）的缺乏可能意味着来自这个群体的引力波背景（GWB）是各向异性的，使现有的分析次优。我们提出的第一个约束纳赫兹随机GWB的角分布，从圆形，吸气驱动SMBHB使用$2015$欧洲脉冲星定时阵列数据[Desvignes等人。（在准备）]。我们的分析的GWB在$\sim 2 - 90$ nHz波段显示一致性与各向同性，与应变振幅在$l>0$球谐多极$\lesssim 40\%$的ESTA值。我们希望这些更通用的技术将成为标准的工具，以探测源人口的角分布。
2015-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Signatures of Massive Black Hole Merger Host Galaxies from Cosmological Simulations I: Unique Galaxy Morphologies in Imaging
研究利用宇宙学模拟揭示了大质量黑洞合并宿主星系的形态特征，通过形态统计分析提高识别准确性，为未来引力波探测提供星系形态学依据。
2023-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
