Determining the progenitors of merging black-hole binaries
本文研究了一种通过引力波（GW）信号确定黑洞合并前体的可能方法。我们认为，测量的GW事件与重叠的星系目录的交叉相关性，可以提供一个额外的工具，以确定BH合并跟踪宇宙的恒星质量，因为预计从合并的端点的恒星演化。另一方面，如果黑洞是原始起源的，就像最近提出的那样，它们的合并将优先由低偏差的物体主持，因此与发光星系的互相关性较低。在这里，我们预测了当前和未来的GW探测器，如LIGO和爱因斯坦望远镜的互相关测量的预期精度。然后，我们预测如何以及这些仪器可以区分模型，确定高质量的BH-BH合并作为合并的原始黑洞，构成宇宙中的暗物质从更传统的天体物理学来源。
2016-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On Poynting-Flux-Driven Bubbles and Shocks Around Merging Neutron Star Binaries
相对论性致密天体（中子星和黑洞）的并合双星被认为是短伽马射线暴的起源和引力波的源，因此对它们的研究在天体物理学中具有重要意义。由于一个或两个双星成员的强磁场和高轨道频率，这些双星是坡印廷通量形式的强能量源（例如，磁场主导的外流，相对论轻子风，电磁波和等离子体波）。双星系统稳定的能量注入形成了一个充满物质的气泡（或空腔），它推动周围的等离子体，并可以在其中驱动冲击波。与点爆炸的Sedov-von Neumann-Taylor爆炸波解不同，这里的冲击波是由气泡内部不断增加的压力驱动的。我们从第一性原理计算的动力学和演化的泡沫和周围的冲击，并预测，这样的系统可以观察到的无线电源合并前后几个小时。在更晚的时间，冲击波预计会落在Sedov-von Neumann-Taylor解上，因此类似于爆炸。
2012-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Detecting triple systems with gravitational wave observations
激光干涉引力波天文台（LIGO）最近发现了合并黑洞双星发射的引力波。我们研究未来的GW检测是否可以识别三重同伴合并二进制文件。这样一个三重伴星会导致GW信号的变化，这是由于（1）在围绕质心的轨道上沿着视线的路径长度变化，（2）相对论性波束、多普勒和引力红移，（3）三重伴星的引力场中“光”旅行时间的变化，以及（4）轨道要素的长期变化。我们发现，在LIGO频带中花费最长时间的低质量紧凑型天体双星，探测三重伴星的前景是最高的。特别是，对于合并中子星双星，LIGO可以检测到一个信噪比为8的白矮星或M-矮星扰动，如果它是在0.4太阳半径距离的双星和系统是在100 Mpc的距离。恒星质量（超大质量）的黑洞扰动可以在5倍（1000倍）的距离上被探测到。这样的微扰在轨道上合并的二进制发射GWs在1兆赫以上的频率可检测的激光干涉仪空间天线（LISA）的巧合。
2016-04-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Merging of Components in Close Binaries: Type Ia Supernovae, Massive White Dwarfs, and Ap stars
《Scenario Machine》（一种为研究密近双星演化而设计的计算机代码）被用来对各种各样的合并天体进行总体合成：主序星与主序星;白矮星与白矮星、中子星和黑洞;中子星与中子星和黑洞;我们计算了这类事件的发生率，并绘制了合并白矮星和主序星的质量分布图。结果表明，Ia型超新星只有经过大约10亿年的星系演化才能被用作标准烛光。在这一演化过程中，Ia型超新星的平均能量大约会降低10%; Ia型超新星的最大和最小能量可能相差不少于1.5倍。在估计宇宙加速的参数时应该考虑到这种情况。根据理论估计，最大质量的（通常是磁性的）白矮星可能是由质量较低的白矮星合并而成的。至少有一些磁性的Ap和Bp星可能形成于低质量主序星（小于太阳的1.5质量）与对流包层的合并中。
2009-01-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Determining the Hubble constant from gravitational wave observations of merging compact binaries
最近的观测已经积累了令人信服的证据，一些短伽马射线暴（SGRB）与合并的中子星（NS）双星。这将表明SGRB事件与引力波（GW）信号相关联，该信号对应于致密双星的最后螺旋。此外，NS双星合并产生的元素的放射性衰变可能导致在光学和红外线上可见的瞬态，峰值亮度在小时-天的时间尺度上。同时观测内旋引力波和电磁波段的特征，可以使我们直接独立地确定双星的光度距离和红移。这些标准塞壬（GW模拟标准烛光）有可能提供对低红移哈勃流的精确测量。此外，这些系统是绝对由广义相对论校准的，因此不经历传统标准烛光中发现的相同的天体物理系统学，测量也不依赖于距离阶梯。我们发现，15个可观察到的GW和EM事件应该允许哈勃常数使用包括先进的LIGO和Virgo的探测器网络以5%的精度进行测量。测量30个波束GW-SGRB事件可以将H_0约束到优于1%。当与标准高斯似然分析比较时，我们发现每个事件在H_0中的非高斯后验有助于减少NS个二进制合并系综在H_0中的总体测量误差。
2013-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Evolution of Galaxy Star Formation and Metallicity: Impact on Double Compact Objects Mergers
我们研究了不同的星系统计和经验的金属丰度标度关系的合并率和紧凑的对象二进制文件的属性的影响。首先，我们分析了使用恒星形成率函数或恒星质量函数作为星系统计量来计算宇宙恒星形成率密度的异同。然后，我们研究了采用基本金属丰度关系或经典的质量金属丰度关系来分配具有给定性质的星系的金属丰度的效果。我们发现，当利用基本金属丰度关系，大部分的恒星形成发生在相对较高的金属丰度，甚至在高红移;相反的情况下，当采用质量金属丰度关系，因为在这种情况下，大多数恒星形成的金属丰度强烈减少与红移。我们讨论了产生这种差异的各种原因和可能的偏见。最后，我们表明，这些不同的天体物理处方的合并率和紧凑的对象二进制的属性的影响，具体而言，我们目前的结果红移相关的合并率和啁啾的质量和时间延迟分布的合并二进制。
2020-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Blindly detecting orbital modulations of jets from merging supermassive black holes
在合并前的最后几年里，超大质量黑洞双星将在环绕双星盘的磁场中快速螺旋和进动。多个模拟表明，这种相对运动会将部分局部能量转化为坡印廷主导的外流，其光度为10^{43} erg/s *（B/10^4 G）^2（M/10^8 Msun）^2（v/0.4 c）^2，其中一些可能会以频率接近1 GHz的同步辐射形式出现，目前和计划中的宽场射电勘测将在那里进行。在引力波螺旋时间尺度上的长期功率增加的顶部，轨道运动将产生显著的，可检测的调制，无论是在轨道周期和（如果黑洞自旋与双星的总角动量不一致）自旋轨道进动时间尺度上。由于引力波合并时间随着分离而迅速增加，我们发现大量的这些瞬变现象普遍存在，除非明确排除（由低效率$ε$）或模糊（由吸积几何f_{geo}）。如果坡印亭通量转换为射电辐射的比例乘以$f_{geo}$可到达的视线比例足够大（对于1年的轨道周期，f_{geo} ε> 2 \times 10^{-4}），则至少有一个事件可以在标称10 ^4 {deg}^2和0.5 mJ灵敏度下进行未来的盲测。我们的程序推广到其他通量有限的调查，旨在调查EM签名与合并SMBH二进制产生的许多调制。
2011-09-07 astro-ph.CO gr-qc
The cosmic merger rate of stellar black hole binaries from the Illustris simulation
黑洞双星的宇宙合并率密度可以为我们提供一个重要的线索，以限制BHB的形成渠道，根据目前和即将到来的引力波的检测。采用Monte Carlo方法，将新的BHB粒子数合成模型与Illustris宇宙学模拟相结合，研究BHB合并的宇宙历史。我们探讨六个人口合成模型，不同的处方超新星，共同的信封，和出生踢。在大多数模型中，宇宙BHB合并率与宇宙恒星形成率遵循相同的趋势。宇宙BHB合并率的正常化在很大程度上取决于共同包络的处理和出生踢的分布。我们发现，大多数BHB合并在LIGO的仪器视界来自相对贫金属的祖先（<0.2 Zsun）。合并BHB的总质量跨越了很大的范围，从~6到~82 Msun。在我们的基准模型中，与GW 150914、GW 151226和GW 170104一致的合并BHB分别占LIGO视界内合并的所有BHB的6%、3%和12%。重系统，如GW 150914，来自贫金属祖细胞（<0.15 Zsun）。大多数在本地宇宙中合并的类GW 150914系统似乎是在高红移时形成的，具有很长的延迟时间。相比之下，类似GW 151226的系统在整个宇宙历史中形成并融合，来自具有广泛金属丰度的祖先。未来的探测将是至关重要的，以限制共同的信封，对出生踢，并对BHB质量功能。
2017-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Binary Black Holes population synthesis based on the current LVK observations
Oakland University（奥克兰大学）
基于LVK观测，研究双黑洞群体合成，发现黑洞可能源自恒星坍缩或分层合并，且幂律分布与分层合并的黑洞比例接近1:1。
2026-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of LISA Black Hole Binaries in Merging Dwarf Galaxies: the Imprint of Dark Matter
中等质量黑洞（IMBH）预期合并率的理论模型对于计划中的引力波探测实验（如激光干涉仪空间天线（LISA））至关重要。利用无碰撞$N$ -体模拟方法研究了矮星系合并过程中IMBH的轨道衰变和IMBH双星的形成效率与合并星系中心暗物质密度分布的关系。具体来说，我们探讨各种渐近内斜坡$γ$的DG的DM密度分布，范围从陡峭的尖点（$γ=1$）浅的密度分布（$γ<1$），由著名的重子反馈效应，以及DM模型，不同于冷DM在DG的规模。我们发现，内部DM斜率是至关重要的形成（或缺乏）的IMBH二进制;只有与尖形DM配置文件（$γ=1$）的DG之间的合并是有利于形成一个硬IMBH二进制，而当$γ<1$的IMBH失速分离50-100 pc。因此，来自IMBH聚结的LISA信号的速率将由具有尖突DM轮廓的DG的分数确定。相反，在IMBH质量尺度的LISA事件率原则上提供了一种新的方式来限制DG中DM晕的内部结构，并解决核心尖点的争议。我们还表明，空间分辨率为$\sim$ 0.1千秒差距，经常采用的宇宙学模拟，所有IMBHs失速，独立于$γ$。这表明，谨慎采用宇宙学模拟的星系形成研究黑洞动力学的DG。
2018-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fast detection and reconstruction of merging Massive Black Hole Binary signals
提出针对LISA观测频段内大质量黑洞双星的快速探测与信号重建方案，支持全局拟合并触发保护期以促进多信使观测。
2025-07-01 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Zoom-Whirl Orbits in Black Hole Binaries
缩放旋转行为被认为是一种罕见的现象。人们一直担心的是，引力辐射会如此迅速地消耗角动量，以至于一般的轨道会在变焦旋转行为发生之前变成圆形，只有极少数高度调谐的轨道才会保留它们的印记。使用完整的数值相对论，我们捕捉放大旋转行为，尽管耗散。质量比越大，在合并之前，这对行星在轨道上停留的时间就越长，因此看到的缩放和旋转就越多。更大的旋转也增强变焦旋转。一个重要的暗示是，这些偏心轨道可以在旋转阶段合并，在足够的角动量已经失去了真正的圆形轨道。波形将受到变焦旋转谐波的调制，在变焦期间显示安静的相位，在旋转期间显示更大的故障。
2009-09-23 astro-ph.CO gr-qc
Remnant Masses, Spins and Recoils from the Merger of Generic Black-Hole Binaries
我们得到的经验公式的最终残余黑洞的质量，自旋和反冲速度从合并黑洞二进制与任意质量比和自旋。我们的公式是基于质量比和自旋依赖性的后牛顿表达式的瞬时辐射能，线动量，角动量，以及ISCO结合能和角动量。不同项之间的相对权重由通过最近可用的完全非线性数值模拟的最小二乘拟合选择的幅度参数固定。这些公式可用于星系核和星系团的N体模拟以及超大质量黑洞的宇宙学生长的统计研究。作为一个例子，我们使用这些公式来获得一个普遍的自旋大小分布的合并黑洞和反冲速度分布的干和热/冷湿合并。我们也重新审视长期的轨道进动和共振，并讨论它们如何影响自旋分布之前的合并制度。
2010-04-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Connecting The Hierarchically Merging Binary Black Hole Population To Their Host Galaxies
本文通过计算引力波定位与星系目录的角交叉关联，评估区分AGN盘内层级并合黑洞与普通星系中层级并合的比例，预测约5000次并合事件即可在A#探测器灵敏度下确定AGN起源主导情景。
2025-08-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Signals of merging supermassive primordial black holes in pulsar timing arrays
本研究探讨脉冲星计时阵列观测到的引力波背景是否来自并合的原初超大质量黑洞，发现均匀分布情形受丰度约束排除，而成团分布若能规避μ畸变约束则可自洽解释观测数据。
2025-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical Evolution and Merger Time-scales of LISA Massive Black Hole Binaries in Disk Galaxy Mergers
激光干涉仪空间天线（LISA）将探测质量低于$10^7$ ~M $_{\odot}$的超大质量黑洞合并产生的引力波信号。因此，了解这些相对较轻的中心黑洞的轨道动力学是至关重要的，这些黑洞通常位于盘状星系中，以便对合并率进行可靠的预测。为此，现实的模拟探测BH动力学不等质量盘星系合并，进入和超越二进制硬化阶段，进行光滑粒子流体动力学和直接$N$体代码相结合。星系的结构特性和轨道的选择是一致的星系形成模拟的结果。恒星和暗物质的分布是三轴的，直到合并残余物的中心100 pc。在所有情况下，BH双星的形成和硬化时间尺度最多为1亿年，在另一个几百万年的时间尺度上合并，这取决于特征密度和轨道偏心率。总的来说，在两个星系合并完成后，BH双星的下沉不超过$\sim$ 0.5~Gyr，但对于非常倾斜的轨道来说可能会快得多。通过与以往在$z \sim 3$对大质量早型星系BH衰变过程的数值模拟结果的比较，我们证实了尽管宿主星系的结构多样性不同，但特征密度是决定BH合并时间尺度的最关键的参数。我们的研究结果奠定了强大的预测LISA事件发生率的合并BH的情况下的基础。
2018-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the mass distribution of the LIGO-Virgo-KAGRA events
本研究分析LVK双黑洞合并事件的质量分布，通过偏正态分布求和建模，结合恒星起源与高斯分布群体模拟，发现两者组合对观测数据的拟合效果显著优于单一恒星起源分布。
2025-02-19 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The properties of merging black holes and neutron stars across cosmic time
下一代地基引力波干涉仪将可能观测到双星黑洞（BBH）和双星中子星（BNS）的合并，分别使$z\gtrsim{}10$和$z\gtrsim{}2$红移。在这里，我们的性质合并BBH，BNS和中子星黑洞双星跨越宇宙时间的特点，人口合成模拟结合的Illustris宇宙学模拟。我们发现，合并紧凑的对象的质量不依赖于（或依赖于非常温和）的合并红移。即使是黑洞的质量分布也只是轻微地依赖于红移，因为起源于贫金属祖先（$Z\leq{}4\times{}10^{-3}$）的黑洞在整个宇宙时间内占了合并黑洞的全部数量。对于一个共包线效率的$α\ge{}3$，在最后一个Gyr中合并的黑洞质量分布与超过11 Gyr前合并的黑洞质量分布之间的主要区别是，在最后一个Gyr中有过量的重合并黑洞（$20-35$ M $_\odot$）。这种过量是由大规模BBH的较长延迟时间解释的。
2019-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Efficient Merger of Binary Supermassive Black Holes in Merging Galaxies
在球状星系中，双超大质量黑洞（SMBH）很难达到亚秒差距的分离，因为在与大质量双黑洞相交的轨道上的恒星会耗尽-最终秒差距问题。通过大合并形成的星系团基本上是非球形的，有人认为三轴星系中的向心轨道可能会以足够高的速度为大质量双星提供恒星，以避免失速。在这里，我们测试的想法进行完全自洽的合并模拟星系包含中央SMBHs。我们发现硬化率的大规模的二进制文件，确实比球形模型高得多，基本上独立的模拟中使用的粒子的数量。在整个模拟过程中，双星的偏心率仍然很高。我们的研究结果构成了一个完整的恒星动力学解决方案的最终秒差距的问题，并意味着一个潜在的高利率的事件低频引力波探测器像LISA。
2011-03-01 astro-ph.CO
Detecting White Dwarf Binary Mergers with Gravitational Waves
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Mid Sweden University（瑞典中部大学）
本文计算并讨论旋近和并合白矮星双星的引力波信号，评估MAGIS Space和AEDGE等空间原子干涉仪探测器的探测能力，预测每年可探测数十至数百个Ia型超新星前身星事件，实现多信使天文学观测。
2026-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
