Constraining Black Hole Populations in Globular Clusters using Microlensing: Application to Omega Centauri
本文估计了球状星团NGC 5139（$ωCen$）中黑洞引起的星团星引力微透镜事件的发生率。理论和观测都表明，$ωCen$可能含有数千个BH，但它们的质谱和精确分布没有很好的约束。在这封信中，我们表明，人们可以观察到微透镜事件的时间尺度上的几年$ωCen$，这样的事件样本可以用来推断BH分布。在不久的将来，BH的直接检测将在区分二进制BH合并通道方面发挥重要作用。在这里，我们探讨如何引力微透镜可以用来把限制在球状星团的BH人口。
2020-05-10 astro-ph.HE
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA I: Eccentric Sources Originating From Relativistic $N$-body Dynamics
我们发现，近一半的所有二元黑洞（BBH）合并动态组装在球状星团具有可测量的偏心率（$e>0.01$）在LISA带（$10^{-2}$ Hz），当广义相对论修正适当地包括在$N$体演化。如果只考虑牛顿引力，偏心LISA源的导出分数明显较低，这解释了为什么最近的研究都大大低估了这一分数。我们的研究结果对于如何使用LISA偏心率在观测上区分BBH形成通道具有重要意义，这是该任务的关键科学目标之一。我们说明，相对较大的人口偏心LISA源报告起源于BBH，合并硬化二进制单相互作用内的球状星团。这些结果表明，使用LISA探测BBH合并的起源是一个光明的前景。
2018-08-22 astro-ph.HE
How black holes shape globular clusters: Modeling NGC 3201
数值模拟表明，黑洞对球状星团的演化和观测性质有着重要的影响。使用蒙特卡罗代码，我们构建GC模型，匹配银河系（MW）集群NGC 3201，第一个集群中的恒星质量BH被确定通过径向速度测量。我们预测NGC 3201包含$\gtrsim 200$恒星质量的BH。此外，我们探讨了主序BH双星的动力学形成，并证明了类似于NGC 3201中观测到的BH双星的系统是自然产生的。此外，我们的模型预测存在明亮的蓝色离散BH二进制独特的核心崩溃的集群，否则保留几个BH。
2018-02-26 astro-ph.HE
A second black hole candidate in a M31 globular cluster is identified with XMM-Newton
我们使用的参数在以前的工作中，以确定第二个黑洞候选人与M31球状星团，Bo 144，X射线光谱和定时属性的基础上。2002年XMM-牛顿对相关X射线源（以下简称XBo 144）的观测揭示了所有低质量X射线双星（LMXB）在低硬状态下的共同行为。研究表明，中子星LMXB在0.01-1000 keV光度<=10%爱丁顿极限（L_Edd）时表现出这种行为。然而，对于1.4 M太阳的中子星，未吸收的0.3-10 keV XBo 144的光度约为0.30 L Edd，而0.01-1000 keV的预期光度要高出3-7倍。因此，我们确定XBo 144是一个黑洞候选者。此外，它是第二个与GC中平均序列供体的潮汐捕获形成相一致的黑洞候选者;这样的系统以前虽然不存在，因为供体被认为在捕获过程中被破坏。
2009-05-20 astro-ph.HE
X-ray Variability from the Ultraluminous Black Hole Candidate X-ray Binary in the Globular Cluster RZ 2109
本文介绍了对河外球状星团RZ 2109超亮X射线源XMMUJ 122939.9 +075333的X射线辐射的长期监测结果。高X射线光度、短期X射线变率、X射线光谱和光发射的组合表明，该系统很可能是一个球状星团中的吸积黑洞。为了研究这个源的X射线发射的长期行为，我们分析了新的和存档的钱德拉和XMM-牛顿观测，涵盖了从2000年到2016年的16年。对于所有这些观察结果，我们用xspec模型拟合了RZ 2109的提取光谱。光谱都是由一个软组件，这是非常软的典型的T $\simeq$ 0.15 keV的拟合温度为主。由此产生的X射线通量在短时间尺度和长时间尺度上表现出很强的可变性。我们还发现，X射线光谱往往没有显着的变化，甚至与光度变化的一个因素大的五。
2018-06-05 astro-ph.HE
Intermediate mass black holes in globular clusters: effects on jerks and jounces of millisecond pulsars
球状星团的中心可能有中等质量的黑洞。在这里，我们提出了一种新的方法，他们的识别使用毫秒脉冲（MSP）作为探针。我们表明，测量的第一（挺举）和第二（颠簸）衍生物的合奏的MSP的加速度将让我们推断的IMBH的存在下，在一个球状星团比测量的唯一加速度。我们通过模拟一组有和没有中央IMBH的星团来测试这一概念，以提取恒星颠簸和颠簸的分布。然后，我们将这种技术应用于银河系球状星团47 Tuccino的MSP系综。目前的时间观测不足以限制IMBH的存在，只能用来确定其质量的上限。但是，通过几年的观测，将有可能测试质量小于$\sim$ 1000 M $_{\odot}$的中央IMBH的存在。我们的结论是，颠簸和颠簸有助于显着降低银河系球状星团的IMBHs的质量上限。
2019-05-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Black Hole Mergers From Globular Clusters Observable by LISA II: Resolved Eccentric Sources and the Gravitational Wave Background
在本系列的第一篇论文中，我们证明了在球状星团中通过动力学相互作用形成的大部分双黑洞（BBH）合并在~10^{-3}-10 ^{-1} Hz的LISA波段具有显著的偏心率。在这项工作中，我们通过LISA和LIGO波段量化这些高偏心双星的演化，并计算合并，偏心人口的随机引力波背景。我们发现，人口的BBH合并之间的三体相遇在他们的集群（约50%的所有集群形成的BBH合并）将有可测量的偏心率为他们的整个生命周期中的LISA带。在三体相遇过程中合并的BBH的数量（约占所有集群形成的BBH合并的5%）将被LIGO检测到，偏心率为e~0.1。动态组装的BBH的引力波背景由于这些系统的高初始偏心率而编码了特征性的颠簸。这个隆起的位置和幅度取决于球状星团的性质。
2018-10-17 astro-ph.HE
Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters: the Impact of Globular Cluster Properties
球状星团（GC）的稠密环境可以促进双星黑洞（BBH）的形成，其中一些黑洞可以在宇宙年龄内与引力波（GW）合并。我们已经进行了调查的蒙特卡罗模拟的动力学演化的GC与不同的质量，大小和二元分数和探索的主机GC属性的BBH合并的形成的影响。我们发现，从GC的BBH合并的数量决定于GC的初始质量，大小和原始的二元分数。我们确定了两组BBH合并：一个原始组的形成不依赖于集群的动态和动态组的形成是由集群的动态演化驱动。我们展示了BBH起源如何影响BBH合并的主要性质，如啁啾质量和合并时间分布。我们提供了解析表达式的依赖性的BBH合并从个别GC的主集群的结构特性和这些BBH的合并率的时间演化。这些表达式提供了一个基本要素的一般框架，允许估计合并率密度。使用我们的研究中发现的关系，我们发现一个本地合并率密度为0.18 $-$ 1.8 ${\rm Gpc}^{-3}{\rm yr}^{-1}$原始BBH合并和0.6 $-$ 18 ${\rm Gpc}^{-3}{\rm yr}^{-1}$动力学BBH合并，取决于GC的质量和尺寸分布，初始二进制分数和宇宙中GC的数密度。
2018-08-14 astro-ph.HE
Formation of Black Hole-White Dwarf X-ray Binaries in Globular Clusters
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）；Allegheny College（阿勒格尼学院）；Curtin University（科廷大学）
利用Cluster Monte Carlo动力学代码和StarSmasher光滑粒子流体动力学代码，研究球状星团中通过黑洞+巨星碰撞形成亚小时轨道黑洞-白矮星超致密X射线双星的过程，并评估其作为多信使源（X射线和LISA引力波）的可探测性。
2026-06-25 astro-ph.HE
Recurrent X-ray flares of the black hole candidate in the globular cluster RZ 2109 in NGC 4472
本文对室女座星系NGC 4472中球状星团RZ 2109的超亮X射线源XMMU J122939.7+075333的X射线观测结果进行了系统分析。包括在以前的作品中忽略的观测和时间间隔，并仔细选择提取区域和能带，使我们能够确定新的耀斑发作，除了那些使它成为球状星团中最好的黑洞候选者之一。虽然大多数观测都太短和太稀疏，无法识别一个有规律的模式，最近的三个X射线耀斑的间隔是兼容的一个~34小时的复发时间。如果未来的观测证实了这一点，这种行为以及X射线耀斑的软光谱将与最近在星系核中发现的准周期性爆发惊人地相似。根据对这些系统和一类特殊的河外X射线瞬变的一种可能的解释，我们探讨了XMMU J122939.7+075333可能由中等质量（M~700 Msun）黑洞对白矮星的部分破坏提供动力的可能性。
2022-02-17 astro-ph.HE
Single-single gravitational-wave captures in globular clusters: Eccentric deci-Hertz sources observable by DECIGO and Tian-Qin
研究了球状星团中未束缚的单黑洞之间通过引力波辐射形成的双黑洞合并的形成率。虽然这些双星在非常密集的系统，如星系核中的形成已经得到了很好的研究，我们在这里表明，这个过程也可以在低密度恒星系统中运行，形成双星的速度类似于其他提出的创建偏心合并的途径。后牛顿集团动力学的最新进展表明，大部分动态组装的二元黑洞在弱和强的二元-单和二元-二元相互作用期间合并在其宿主集团内，并且这些系统在穿过LIGO和LISA灵敏度带时可能保留可测量的偏心率。使用的分析方法来建模的球状星团的二进制黑洞，我们表明，合并二进制的形成，从以前未绑定的黑洞可以以类似的速度合并形成在强二进制遇到，这些二进制居住的引力波频率空间，可以确定由建议的分赫兹空间为基础的探测器的一个独特的区域。
2020-06-07 astro-ph.HE
The first low-mass black hole X-ray binary identified in quiescence outside of a globular cluster
低光度吸积黑洞的X射线和射电性质之间的关系使得球状星团中多个候选黑洞X射线双星（BHXB）的识别成为可能。在这里，我们报告了最近在Kirsten等人2014年报告的射电源VLA J213002.08+120904（又名M15 S2）的识别，作为BHXB候选者。他们发现，这个平谱可变射电源的视差显示了2.2 $^{+0.5}_{-0.3}$ kpc的距离，这表明它位于球状星团M15的前景。我们确定了这个源的射电特征，并对$^{-1}$的$\sim4\times10^{29}$的X射线光度进行了深度限制。此外，我们在哈勃档案图像中通过天体测量确定了一颗暗淡的红色恒星对应物，其颜色与前景恒星一致;在2.2 kpc处，其推断质量为0.1-0.2 $M_{\odot}$。我们排除了该天体是脉冲星、中子星X射线双星、激变变星或行星状星云的可能性，得出结论：VLA J213002.08+120904是第一个在球状星团外静止期发现的吸积黑洞X射线双星候选天体。由于对射电源进行视差研究的区域相对较小，这一发现表明，在我们的银河系中，静态BHXB的数量要大得多，在$3σ$置信度下的$2.6\times10^4-1.7\times10^8$ BHXB，比以前通过人口合成估计的（$\sim10^2-10^4$）要大得多。
2016-05-01 astro-ph.HE
No Evidence for Intermediate-Mass Black Holes in Globular Clusters: Strong Constraints from the JVLA
以寻找吸积中等质量黑洞为目标，我们报道了对银河系三个球状星团：M15，M19和M22核心的超深Jansky VLA射电连续谱观测结果。在6 GHz的平均频率下，我们达到了1.5-2.1 μ J/梁的均方根噪声水平。在任何集群的中心都没有观察到源。对于一组关于吸积性质的保守假设，我们将IMBH的3-sigma上限设置为360-980 M_sun。这些极限是对任何球状星团所得到的最严格的极限之一。他们补充了越来越多的工作，表明（a）IMBH ~> 1000 M_sun在球状星团中是罕见的，或者（b）当存在时，IMBH以非常低效的方式吸积。
2012-03-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Black Hole-Neutron Star Mergers in Globular Clusters
我们模拟了球状星团中通过动力学相互作用形成黑洞-中子星双星的过程。我们发现，在密集的大质量星系团中，16-61%的BH-NS双星与现有的BH双星相互作用形成的将进行合并驱动的引力辐射的排放。如果BH在与NS合并后被集群保留，则BH获得随后的NS同伴并进行多次合并。因此，合并率主要取决于合并后集群是否保留BH。数值相对论的结果表明，一个~7 M太阳BH在与一个NS合并后所受到的反冲将大大超过星系团的逃逸速度.在这种情况下，模型表明，大多数球状星团中的BH-NS合并发生在星团形成的4 Gyrs内，并且无法被Advanced LIGO观测到。另一方面，对于更大规模的BH，合并后的反冲被抑制，BH被保留。具有35 M_sun BH的模型预测高级LIGO探测率在每年0.04 - 0.7之间。在这个范围的悲观一端，由球状星团中双星-单星相互作用引起的BH-NS合并可能占所有BH-NS合并的一个有趣的部分。乐观地说，这条通道可能主导可检测的BH-NS合并的速度。
2012-10-30 astro-ph.HE
Slow Decline and Rise of the Broad [OIII] Emission Line in Globular Cluster Black Hole Candidate RZ2109
RZ 2109是第一个被证明拥有超亮X射线源的河外球状星团。RZ 2109是特别值得注意的，因为光学光谱显示它具有广泛的发光[OIII] 4959，5007发射，同时也没有可检测到的氢发射。RZ 2109的X射线和光学特征使其成为一个很好的候选者，成为一个从白矮星施主吸积的恒星质量的黑洞（即超紧黑洞X射线双星）。在本文中，我们介绍了2007年至2018年[OIII]5007发射线的光学光谱监测。我们发现，在2016-2018年的最近观测中，发射线的通量明显低于2007-2011年的早期观测。我们还探讨了行为的发射线形状随时间的推移。发射线的核心和两翼都随着时间的推移而下降，有证据表明核心的下降速度比两翼快。然而，最近的观测（2019年）意外地显示发射线核心重新变亮。
2019-09-06 astro-ph.HE
Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters: Implications for Advanced LIGO
预测的双黑洞从星系场合并的速度可以在几个数量级上变化，并且对恒星演化的假设非常敏感。但在球状星团等致密恒星环境中，二元黑洞通过众所周知的引力相互作用形成。在这封信中，我们研究了黑洞双星的形成，在广泛收集的现实球状星团模型。通过将这些模型与观测到的银河系和河外球状星团进行比较，我们发现动态形成的双星合并可以以每年约100的速度被检测到，这可能主导了双星黑洞合并的速度。我们还发现，大多数星团形成的双星比它们的场形成的双星质量更大，这表明先进的LIGO可以识别某些双星起源于致密的恒星环境。
2015-12-21 astro-ph.HE gr-qc
Two stellar-mass black holes in the globular cluster M22
在一个典型的球状星团中，可能会形成数百个恒星质量的黑洞，除了一个之外，所有黑洞都将通过动力学相互作用被弹出。银河系球状星团中缺乏由一个黑洞和另一个恒星组成的X射线双星（“黑洞/X射线双星”），这为这一观点提供了一些观测支持，尽管许多中子星/X射线双星是已知的。虽然在其他星系周围的球状星团中也发现了一些黑洞，但它们的质量无法确定，有些可能是通过奇异机制形成的中等质量黑洞。在这里，我们报告了银河系球状星团M22中存在两个平谱射电源，我们认为这些物体是恒星质量的黑洞（每个黑洞的质量比太阳大10-20倍），它们正在吸积物质。我们发现这些黑洞的无线电与X射线通量的比率很高，这与球状星团中黑洞的预测质量比外面的大相一致。在一个星团中发现两个黑洞表明，黑洞的弹射并不像大多数模型预测的那样有效，我们认为M22可能包含大约5-100个黑洞。M22的大核心半径可能是由黑洞产生的热量引起的。
2012-10-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
A new globular cluster black hole in NGC 4472
本文讨论了椭圆星系NGC~4472中球状星团中的一个新的黑洞候选者CXD ~1229410+075744。通过比较钱德拉对该星系的两次观测，我们发现一个光源的变化至少是4倍，峰值亮度至少为$2\times10^{39}$尔格/秒。因此，该源的光度变化远大于单个中子星的爱丁顿光度，是球状星团黑洞的有力候选者。该源的X射线光谱也以一种与预期的单个吸积恒星质量黑洞一致的方式演化。我们认为这个源的主机集群和其他六个强黑洞X射线双星候选人的属性，并发现有暗示性的证据表明，黑洞X射线双星的形成有利于在明亮的和金属丰富的集群，就像是明亮的X射线源的情况下，一般。
2010-08-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
MOCCA SURVEY Database I: Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters with Intermediate Mass Black Holes
由于引力波的作用，球状星团中黑洞双星的动力学形成在恒星密度较高的地方发生得更频繁。同时，形成中等质量黑洞（IMBHs）的概率也随着密度的增加而增加。为了探讨IMBH的形成和增长对来自球状星团的恒星质量黑洞双星布居的影响，我们分析了现有的大型Monte-Carlo球状星团模拟数据（MOCCA SURVEY Database I）。当IMBH质量不够大或IMBH种子形成较晚时，我们发现二元黑洞合并的数目与基于星系团初始性质的预测一致。然而，与预测相比，当现今IMBH质量比$\sim10^4 \rm M_{\odot}$更大或现今IMBH质量超过集群初始总质量的1%时，二元黑洞形成和随后的合并事件显着减少。通过考察系统中黑洞逃逸时刻的最大黑洞质量，我们发现在IMBH形成和增长之前，$\sim$ 90%的并合黑洞逃逸。此外，大部分恒星质量的黑洞被合并到IMBH或在大质量IMBH的情况下作为单个黑洞从球状星团中逃逸，这可能导致与引力波合并的二元黑洞的显着不足，取决于星团的初始分布。
2020-08-25 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Formation of black hole X-ray binaries with non-degenerate donors in globular clusters
在这封信中，我们提出了一个形成通道的低质量X射线双星与黑洞吸积和非退化的捐助者通过放牧潮汐遇到亚巨星。我们估计，在一个典型的致密球状星团的核心密度的$10^5$恒星pc $^{-3}$，形成率约为一个二进制每陀螺每50-100保留黑洞。捐赠者-剥离的亚巨星-与相同颜色的亚巨星或巨星分支恒星相比，将是强烈的不发光。潮汐剥离的产物在数亿年内，与相同颜色的正常恒星相比，至少有一个星等的亮度不足，并且与普通双星中可能由非灾难性质量转移产生的亮度不足的红色恒星不同。动态形成的双星成为静止的低质量X射线双星，寿命约为一个陀螺。预期的X射线双星的数量是每50-200个保留的黑洞中有一个，而预期的强暗次巨星的数量大约是这个数量的一半。在球状星团中存在强烈暗星可能是黑洞存在的标志。
2017-06-23 astro-ph.HE astro-ph.SR
Detecting Intermediate-mass Black Holes Using Miniature Pulsar Timing Arrays in Globular Clusters
研究提出利用球状星团中的多个毫秒脉冲星组成微型脉冲星计时阵列，通过相关计时残差探测中等质量黑洞双星，未来高精度计时程序将大幅扩展可搜索参数空间。
2025-07-14 astro-ph.HE gr-qc
Black Holes merging with Low Mass Gap Objects inside Globular Clusters
最近，LIGO-Virgo合作报告了一个包含黑洞和质量在$\sim2.5-5M_\odot$范围内的低质量隙天体（LMGO）的双星的合并。这样的探测，挑战了我们对黑洞和中子星质谱的理解，以及这样的双星如何演化，特别是如果孤立的话。在这项工作中，我们研究的动态形成的紧凑的对象对，通过多个二进制单交换发生在球状星团的核心。我们从一群双星系统开始，它们与第一代黑洞和大麦哲伦星系等单个致密天体相互作用。我们评估的交换相互作用导致紧凑的对象二进制文件的形成率。我们的计算包括所有可能类型的二进制单交换相互作用，也与紧凑的对象二进制，可以演变其轨道特性，导致其最终合并的单个恒星的相互作用。我们进行我们的计算所观察到的银河系球状星团环境的全方位。我们发现，交换是有效的形成硬紧凑的对象双星在密集的天体物理恒星环境的核心。此外，如果LMGO双星的粒子数大小与中子星的粒子数大小有关，则在局域宇宙中球状星团内黑洞-LMGO双星的合并率密度估计约为$0.1 \, \text{Gpc}^{-3}\text{yr}^{-1}$。
2021-04-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection of Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Globular Clusters: Revealing the Brownian Motion with Gravitational Waves
本研究针对球状星团中的中等质量比旋近系统，结合MOCCA模拟与布朗运动相位建模，分析了未来引力波天文台的探测能力，证实可通过引力波辨别布朗运动并研究源环境。
2025-05-21 astro-ph.HE gr-qc
Compact Binaries in Star Clusters I - Black Hole Binaries Inside Globular Clusters
我们研究了星团中的紧凑的二进制人口，重点是包含黑洞的二进制，使用自洽的Monte Carlo处理动力学和完整的恒星演化。我们发现，黑洞经历强烈的质量分离，成为集中。在核心中，黑洞之间的相互作用非常强烈，形成了非常有效的黑洞-黑洞双星。然而，强相互作用也会破坏或弹出黑洞-黑洞双星。在我们的模拟中，我们没有发现黑洞-黑洞合并，但产生了许多硬逃逸者，它们将在哈勃时间内合并到银河系中。我们还发现了几个高度偏心的黑洞-黑洞双星是潜在的LISA源，这表明星团是天基探测器的有趣目标。我们的结论是星团必须考虑到预测紧凑的二进制人口统计。
2010-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Binary intermediate-mass black hole mergers in globular clusters
我们考虑了球状星团（GC）中二元中间黑洞（BIMBH）的形成，这种形成可能发生在原位，也可能由于星系团之间的合并而发生。我们模拟的BIMBH轨道的演变（及其随后的合并），由于恒星弹射。我们还考虑了由于主星系的潮汐场和两体弛豫的GC蒸发。我们的研究结果表明，如果至少$10^{-3}$的所有GC成为BIMBH主机和BIMBH的质量是$\sim1\%$的GC质量，至少有一个的吸气（或合并）BIMBH将被检测到LISA在其4年的任务寿命。大多数检测到的BIMBH来自1）重GC（$\gtrsim3\times10^5M_\odot$），因为低质量GC在它们的BIMBH有时间合并之前就被破坏了，2）来自红移$1<z<3$，假设大多数GC在$z\sim4$周围形成，并且大多数BIMBH的合并时标是$\sim1$ Gyr。如果BIMBH与GC的质量比较低（$\sim10^{-3}$），但BIMBH宿主在GC中的比例较高（$\gtrsim10^{-2}$），则它们的一些合并也将被LIGO，VIRGO和KAGRA以及拟议中的爱因斯坦望远镜探测到。
2020-09-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Spatially resolved spectroscopy of the globular cluster RZ 2109 and the nature of its black hole
本文介绍椭圆星系NGC 4472中一个球状星团RZ 2109的HST/STIS光谱。这个球状星团以拥有超亮X射线源以及相关的强而宽的[OIII] 4959，5007发射而闻名。我们表明，HST/STIS光谱空间分辨[OIII]在RZ 2109发射。虽然我们无法精确确定发射线星云的形态，但最佳拟合模型都要求[OIII] 5007发射的半光半径在3-7 pc范围内。[OIII] 5007发射的扩展性质与引用中等质量黑洞起源的已发表模型不一致。这也与星团中新星喷出物的电离不一致。星云的空间尺度可以通过恒星质量的黑洞以大约爱丁顿速率吸积产生的强风的光电离产生。
2012-09-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Intermediate-Mass Black Holes in Extragalactic Globular Clusters
中等质量黑洞（IMBH）的质量约为100至100，000太阳质量。他们仍然难以捉摸。在现今的球状星团（GC）中观测IMBH将验证早期宇宙中种子黑洞的形成通道，并为引力波设施的事件预测提供信息。每个星系达到大量的GC是关键，因为模型预测只有百分之几的星系会保留它们的引力波促进IMBH。相关的，许多星系将需要进行检查，以建立一个强大的样本IMBHs在GC。这些需求可以通过使用下一代超大型阵列（ngVLA）来满足，以在数百个星系的GC中搜索IMBHs，距离为25 Mpc。这些星系总共拥有数万个GC。我们描述了如何转换的ngVLA信号从GC到IMBH质量根据半经验吸积模型。模拟气相色谱中的气体流动将有助于提高转化的稳健性。此外，自洽的动力学模型的GC，恒星和二进制的演变中存在的IMBH，将有助于提高IMBH保留的预测，为当今的GC。
2019-03-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of black-hole X-ray binaries in globular clusters
最近发现的第一个候选BH-WD X射线双星，其中紧凑的吸积体可能是星系外球状星团中的恒星质量黑洞候选者，我们的灵感，探讨如何在动态环境中形成这样的双星。我们通过众所周知的形成通道，如二进制交换和物理碰撞的形成率提供分析，并提出，唯一的可能性，形成BH-WD二进制是通过耦合这些通常的形成通道与随后的硬化和/或三重形成。事实上，我们发现，最重要的机制，使一个BH-WD X射线二进制从最初的动态形成的BH-WD二进制是三重诱导质量转移通过Kozai机制。即使使用最乐观的形成率估计，如果黑洞从星系团中大量蒸发或形成一个完全分离的黑洞子星系团，我们也无法与观测推断的产生率相匹配。我们估计，至少有1%的已形成黑洞，或者现在核心中存在的黑洞的10%，必须与核心恒星星族的其余部分相互作用。
2010-01-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Observed Rate of Binary Black Hole Mergers can be Entirely Explained by Globular Clusters
自2015年第一个信号以来，LIGO和Virgo合作（LVC）对合并双星黑洞（BBH）的引力波探测已经完全改变了我们对紧凑物体双星生命和死亡的理解，并激发了大量关于这些物体天体物理起源的理论工作。我们表明，Abbott等人（2020）的BBH的红移相关合并率的唯象拟合与这些物体的纯动力学起源一致，并且LVC中BBH的当前合并率可以完全用球状星团来解释。虽然这并不能证明，球状星团是占主导地位的形成渠道，我们强调，许多形成的情况下，可以贡献一个显着的部分，目前的LVC率，任何分析，假设一个单一的（或占主导地位的）机制，生产BBH合并隐含使用似是而非的天体物理先验。
2021-01-27 astro-ph.HE gr-qc
Shadows of the Colossus: Hierarchical Black Hole Mergers in a 10-million-body Globular Cluster Simulation
University of California, San Diego（加州大学圣迭戈分校）；Northwestern University（西北大学）
本研究通过1000万体模拟展示大规模球状星团中分层黑洞并合的可能性，产生质量达250个太阳质量的黑洞，为理解高质量黑洞形成提供新视角。
2026-02-09 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
MOCCA-SURVEY Database I. Intermediate mass black holes in Milky Way globular clusters and their connection to supermassive black holes
在本文中，我们探讨了中等质量黑洞（IMBHs）和他们的护理球状星团（GC）之间的相互作用，利用超过2000蒙特卡罗GC模型。我们发现，IMBHs的影响球的平均密度可以唯一地连接到主机GC的亮度和半光半径通过一个基本平面。我们提出了一种统计方法来系统地确定潜在的银河系GC窝藏IMBH或恒星BH组成的大规模子系统。我们的模型表明，IMBH往往是绑定到一个恒星伴星或恒星BH，这可能会导致潮汐破裂事件或低频引力波。我们表明，GC轨道接近银河系中心有一个更大的概率见证IMBH形成在其早期的演变。这些低轨道GC可以将几个IMBH送入星系最内部区域，对电磁和GW发射都有潜在影响。我们讨论了IMBHs和SMBHs居住在星系核之间的潜在联系，探索在某些情况下，它们共享类似的形成途径的可能性。
2019-05-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Globular cluster formation efficiencies from black-hole X-ray binary feedback
我们调查的情况下，反馈从黑洞X射线双星（BHXB）有时开始内部年轻的星团强超新星反馈之前。这些BHXB可以减少嵌入的年轻星团内的气体分数，同时保持维里平衡，这可能有助于球状星团（GC）保持约束时，超新星驱动的气体喷射随后发生。采用一个简单的玩具模型与BHXB人口模型的参数指导下，我们产生的GC形成效率与实验推断的值一致。BHXB形成的金属丰度依赖性可以自然地解释为什么GC形成效率在较低的金属丰度下较高。对于合理的假设，金属丰度的依赖，我们的玩具模型可以产生GC金属丰度双峰在某些星系没有双峰的场星金属丰度分布。
2015-08-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Merger rate of black hole binaries from globular clusters: theoretical error bars and comparison to gravitational wave data from GWTC-2
动态形成于球状星团中的黑洞双星被认为是宇宙中引力波的主要来源之一。在这里，我们使用我们的新的人口合成代码，cBHBd，以确定红移演化的合并率密度和质量的黑洞双星形成的球状星团。我们模拟$\sim 2$百万模型来探索与真实集群和所有质量尺度相关的参数空间。我们发现，当初始集群的质量函数和密度的不确定性被适当考虑，他们成为两个主导因素，在合并率的理论误差条设置。其他模型参数（例如，出生踢，黑洞质量，金属性）对局部合并率密度几乎没有影响，尽管它们影响合并黑洞的质量。将合并率密度作为红移的函数建模为$R(z)=R_0(1+z)^κ$在$z<2$，并边缘化不确定性，我们发现：$R_0=7.2^{+21.5}_{-5.5}{\rm Gpc^{-3}yr^{-1}}$和$κ=1.6^{+0.4}_{-0.6}$（$90\%$可信度）。速率参数的二进制合并内的集群是${R}_{\rm 0,in}=1.6^{+1.9}_{-1.0}{\rm Gpc^{-3}yr^{-1}}$和$κ_{\rm in}=2.3^{+1.3}_{-1.0}$ ; $\sim 20\%$这些形式的引力波捕获的结果，这意味着偏心合并从球状星团贡献$\lesssim 0.4 \rm Gpc^{-3}yr^{-1}$的本地率。与LIGO-Virgo报告的合并率的比较表明，大多数检测到的黑洞合并形成于球状星团中的情况与当前的限制是…
2020-11-07 astro-ph.HE gr-qc
Kick matters: The impact of a new recoil model on the retention of hierarchical black-hole remnants in globular clusters
Weinberg Institute, University of Texas at Austin（韦恩伯格研究所，德克萨斯大学奥斯汀分校）；Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文系）
本文提出新的反冲模型gwModel_flow_prec，通过N体和半解析模拟显示其显著提高了球状星团中分层合并残骸的保留概率，并改变了黑洞的质量和自旋分布。
2026-03-10 astro-ph.HE gr-qc
Radio Timing and Optical Photometry of the Black Widow System PSR J1953+1846A in the Globular Cluster M71
本文报道了球状星团M71中一颗“黑寡妇”毫秒脉冲双星PSR J 1953 + 1846 A的天体测量、自旋和轨道参数的测定。利用射电授时获得的精确位置和轨道参数，对ACS/Hubble空间望远镜图像中的光学伴星进行了识别。它是一颗微弱的变星（m_F606 W>=24，m_F814 W>=23），距离脉冲星计时位置仅0.06”。光变曲线在脉冲星下合点处显示出最大值，在脉冲星上合点处显示出最小值，从而证实了与该系统的关联。光学调制的形状表明伴星被加热，可能是脉冲星风。与X射线光变曲线的比较可能表明，由于脉冲星风和伴星释放的物质之间的相互作用，存在着双星内部的激波。这是继COM-M5 C之后第二次在球状星团中发现黑寡妇脉冲星的光学伴星。有趣的是，这两个伴星显示出相似的光变曲线，并且在颜色星等图中共享相同的位置。
2015-05-13 astro-ph.HE astro-ph.SR
Light element variations in globular clusters via nucleosynthesis in black hole accretion discs
古老的球状星团包含多个由轻元素变化确定的恒星星族（例如，C、N、O、Na）。虽然已经提出了许多方案来解释这一现象，但与所有观测证据相比，所有方案都面临挑战。在这封信中，我们提出了一个新的方案，轻元素的变化源于核合成在吸积盘周围的黑洞。由于黑洞是在几个$Myrs$之后形成的，因此预计该星系团仍然嵌入在富含气体的环境中。通过一个简化的吸积模型，我们证明了可以产生正确的轻元素反关联。假设一个Kroupa恒星的初始质量函数（IMF），每个黑洞只需要处理${\approx}300M_{\odot}$的物质，就可以解释多个种群;在$3Myr$的一段时间内，这对应于$ \sim10^{-4} M_{\odot}yr^{-1}$（类似于X射线双星SS 433的估计吸积率）。
2018-09-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Eccentric binary black hole mergers in globular clusters hosting intermediate-mass black holes
球状星团（GC）的中心可能存在中等质量黑洞（IMBH）。在这些动态活跃的环境中，恒星质量的黑洞（SBH）在形成后不久就会下沉到中心，由于动力学摩擦，并开始与中心的IMBH相互作用。很可能，一些SBH将与IMBH形成结合系统。其中一小部分将是由二进制SBH和IMBH作为第三个遥远的扰动组成的三重系统。如果SBH双星轨道足够倾斜，它可以发展Lidov-Kozai（LK）振荡，这可以将系统驱动到高偏心率，并最终由于引力波（GW）在短时间尺度上的发射而合并。在这项工作中，我们专注于IMBH-SBH-SBH三元组的动力学，并说明这些系统可以是GWs的可能来源。这种情况的一个独特特征是，当进入LIGO波段（$10$ Hz）时，这些合并中有相当一部分是高度偏心的。假设GC的$\sim 20\%$是IMBH的宿主，并且GC密度在$n_{_{\rm GC}}=0.32$ - $2.31\,\mathrm{Mpc}^{-3}$范围内，我们估计了这些事件的速率$Γ=0.06$ - $0.46\,\mathrm{Gpc}^{-3}\,\mathrm{yr}^{-1}$。这表明，在这种情况下，动态驱动的二进制SBH合并可能有助于LIGO/VIRGO观察到的合并事件。完全$N$ -身体模拟的GC窝藏IMBH是非常可取的，以给出一个更精确的约束，这种情况下。
2019-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Evaluating the Merger Rate of Binary Black Holes from Direct Captures and Third-Body Soft Interactions Using the Milky Way Globular Clusters
在引力波中探测到的大量双黑洞合并重新引起了我们对可能成为这些合并摇篮的环境的兴趣。在这项工作中，我们研究合并率的双黑洞的球状星团，是最密集的恒星环境和自然的地方，创造的黑洞双星。为了模拟这些系统的所有变化，我们依赖于已知的银河系球状星团的观测特性。我们认为，直接捕获事件之间的黑洞，以及软相互作用的黑洞双星与恒星作为第三机构，加速这些双星的演化。我们发现，从直接捕获的双黑洞合并的平均速率为$0.3-5 \times 10^{-11}$年$^{-1}$每个集群。第三体软相互作用是一个更为突出的渠道，每个集群的平均速率为$2-4 \times 10^{-10}$/年$^{-1}$。在球状星团中，这些速率可以导致每年约100次合并的累积合并率，最高可达红移1，即在不久的将来的双星黑洞合并事件中可检测到的相当大的一部分。进一步观测星团的质量、轮廓特性、恒星的速度色散及其宇宙学分布，将使我们能够更好地约束这些环境对可检测的合并事件率的贡献。
2020-07-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Waves and Intermediate-mass Black Hole Retention in Globular Clusters
最近引力波的发现为物理学开辟了新的领域。目前和即将到来的任务，如LIGO，VIRGO，KAGRA和LISA，承诺揭示各种大小的黑洞，从恒星质量（SBH）大小到位于星系核中的超大质量黑洞。中等质量黑洞（IMBH）家族还没有被直接或间接地探测到。最近的分析表明，在两个银河系球状星团的中心存在IMBH的观测证据。在本文中，我们调查的可能性，球状星团出生的中央IMBH，它经历了重复的合并事件与SBH在集群的核心。本文用半解析方法研究了IMBH-SBH双星系统在银河势和引力波（GW）合并中的原初星系团布居的演化。我们的模型预测$\approx 1000$ IMBH在$1$ kpc从银河系中心。我们的研究结果表明，IMBH-SBH合并率密度从超过$z\approx 2$的$\mathcal{R}\approx 1000$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$变化到$z\approx 0$的$\mathcal{R}\approx 1-10$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$。如果年轻的大质量星团拥有IMBH，那么在低红移时的速率可能会明显更高。合并率主要由质量在$10^3$和$10^4\,\mathrm{M}_{\odot}$之间的IMBH决定。目前，在这个质量范围内，GW源没有LIGO/VIRGO上限，但我们的研究结果表明，在设计灵敏度下，这些仪器可能会在未来几年内检测到这…
2018-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
MOCCA-SURVEY Database I: Coalescing Binary Black Holes Originating From Globular Clusters
在这一系列论文的第一篇中，我们利用MOCCA星团演化代码（巡天数据库I）模拟的约2000个星团模型的结果，确定源自球状星团（GC）的合并双星黑洞（BBH）的天体物理性质和局部合并率密度。我们提取了所有合并BBH的信息，这些BBH逃脱了星系团模型，随后在哈勃时间内与保留在我们的GC模型中的BBH合并，并通过引力波（GW）发射合并在星系团内部。通过获得大量的现实的星团模型，涵盖不同的初始参数的结果，我们有一个非常大的统计样本的黑洞与恒星质量和大质量恒星BH（$\lesssim 100M_{\odot}$）的组成部分，合并在哈勃时间。利用这些数据，我们估计这些源自GC的BBH的局部合并率密度至少为5.4 ${\rm Gpc}^{-3}\,{\rm yr}^{-1}$
2016-09-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
VLA Limits on Intermediate-Mass Black Holes in 19 Massive Globular Clusters
NSF的Karl G.利用Jansky甚大阵（VLA）在3~cm波段对距离为9.4Mpc的早型星系NGC 1，3115的19个球状星团中的中等质量黑洞（IMBH）进行了吸积特征的研究.这19颗恒星的质量为$M_{\star} \sim (1.1 - 2.7) \times 10^6~M_\odot$，平均质量为$\overline{M_{\star}} \sim 1.8 \times 10^6~M_\odot$。未检测到。一个IMBH吸积模型被应用到个人GC和他们的无线电堆栈。放射性堆叠GC具有IMBH质量$\overline{M_{\rm IMBH}} < 1.7 \times 10^5~M_\odot$和质量分数$\overline{M_{\rm IMBH}} / \overline{M_{\star}} < 9.5\%$，其中每个极限不确定约2.5倍。后一个极限与一些剥离核的极限形成对比，表明NGC1.3115中的堆叠GC组不是这样的核的组。各个GC的射电光度对应于X射线光度$L_{\rm X} < (3.3 - 10) \times 10^{38}$ erg~s $^{-1}$，不确定度约为2.5。GC中推定IMBH的这些预测限值与现有{ \em Chandra}观测结果一致。最后，下一代VLA（ngVLA）的模拟观测表明，在GC中IMBH的吸积签名可以在仅无线电搜索中检测…
2020-07-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Evidence for an intermediate-mass black hole in the globular cluster NGC 6624
PSR B 1820 $-$ 30 A位于球状星团NGC 6624中，是已知距离任何球状星团中心最近的脉冲星。我们提出了超过25年的高精度计时观测的毫秒脉冲星，并获得四个旋转频率时间导数测量。模拟这些高阶导数是由于轨道运动，我们发现的解决方案表明，脉冲星是在一个低偏心率（$0.33\lesssim e\lesssim0.4$）较小的轨道与低质量的同伴（如主序星，白矮星，中子星，或恒星质量黑洞）或高偏心率（$e\gtrsim0.9$）较大的轨道与大质量的同伴。星团的质量性质和4U 1820 $-$ 30和星团中其他恒星的观测性质都反对低偏心率的可能性。高偏心率解表明，脉冲星最有可能绕着位于星团中心的质量为$> 7,500$ ~M $_\odot$的中等质量黑洞（IMBH）运行。球状星团的引力模型，其中包括这样一个中央黑洞（BH），预测的加速度与测量的脉冲星相当。进一步预测了IMBH的最小质量为$\sim60,000$ ~M $_\odot$ .考虑到对观测周期导数的相关贡献，脉冲星的$γ$射线效率应该在0.08和0.2之间。我们的研究结果表明，其他球状星团也可能包含中心黑洞，它们可能通过研究足够接近它们中心的新黑洞来揭示。请注意，我们在第5节中发现了一个错误，因此，上述$\sim$ 60，000 ~M $_\odot$质量必须替换为正确的模型相关质量限值$\sim$ 20，000 ~…
2017-05-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Fading of the X-ray flux from the black hole in the NGC 4472 globular cluster RZ 2109
本文报道了室女星系团NGC 4472中球状星团RZ 2109中黑洞XMMU 122939.7+075333的X射线观测结果。在最近几次斯威夫特和钱德拉观测中，未探测和边缘探测的组合表明，在过去6年中，源至少变化了20倍，而且变化似乎不仅仅是“闪烁”。“这种变化可以用源固有的吸收柱的变化来解释，吸收柱的变化不大于以前在1989年银河系BH X射线双星V404 Cyg爆发的峰值附近看到的吸收柱的变化。大幅度的变化也是一个自然的预期，从一个层次的三重系统与Kozai周期-机制最近提出的产生BH-白矮星（WD）的双星在球状星团。另一方面，在几年而不是几个世纪的时间尺度上，如此大的因子的变化很难与XMMU 122939.7+075333的X射线发射是由于潮汐破坏或引爆WD的物质回落的情况相一致。
2010-09-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Finding Black Holes with Black Boxes -- Using Machine Learning to Identify Globular Clusters with Black Hole Subsystems
机器学习是一种强大的技术，在天体物理学中越来越受欢迎。在本文中，我们将机器学习应用于一千多个球状星团（GC）模型，作为“MOCCA-调查数据库I”项目的一部分，以将当前可观测的属性与恒星质量黑洞（BH）子系统的存在相关联。然后，将机器学习模型应用于银河系GC的可用观测参数，以确定其中哪些最有可能承载相当数量的BH，并揭示导致BH子系统形成的属性。通过我们的机器学习模型，我们能够筛选出21个最有可能包含BH子系统的银河系GC。我们表明，机器学习分类器入围的集群包括那些已经观察到BH候选者的集群（M22，M10和NGC 3201），并且我们的结果与独立模拟和以前的研究一致，这些研究手动比较了模拟GC模型与银河系GC的观测特性。这些结果对于观测者在GC中寻找难以捉摸的恒星质量BH候选者以及进一步理解BH在GC演化中的作用是有用的。此外，我们还发布了一个在线工具，允许人们在输入可观察属性后从我们的模型中获得预测。
2019-03-01 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
A Radio-Selected Black Hole X-ray Binary Candidate in the Milky Way Globular Cluster M62
我们报告了在银河系球状星团M62中发现的一个恒星质量黑洞的候选者。我们利用卡尔G. Jansky甚大阵。M62-VLA 1是一个微弱的源，在6.2 GHz时的通量密度为18.7 +/- 1.9 microJy，射电频谱平坦（α =-0.24 +/- 0.42，S_nu = nu^alpha）。M62是第二个有恒星质量黑洞的星系团;与之前在M22中发现的两个候选黑洞不同，M62-VLA 1与钱德拉X射线源有关，支持它是一个黑洞X射线双星。对它的射电和X射线光度的测量，虽然不是同时进行的，但将M62-VLA 1置于恒星质量黑洞的公认的射电-X射线相关性之上。在哈勃太空望远镜的存档图像中，M62-VLA 1与红巨星下部分支附近的一颗恒星重合。这种可能的光学对应物显示出蓝色过量、H α发射和光学可变性。M62-VLA 1的射电、X射线和光学性质与天鹅座V404非常相似，天鹅座V404是研究得最好的静态恒星质量黑洞之一。我们还不能排除射电源的其他可能性，比如一颗燃烧的中子星或背景星系;未来的观测需要确定M62-VLA 1是否确实是一个吸积恒星质量的黑洞。
2013-09-11 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Black Hole Binaries Dynamically Formed in Globular Clusters
利用直接N体模拟研究了球状星团中黑洞双星的动力学性质。我们关注BH质量函数对从星系团中弹射出来的BH双星的总质量和质量比分布的影响。首先，我们考虑两个不同质量的BH种群，以便从仅具有单质量BH的模型中学习基本差异。其次，我们考虑连续BH质量函数改编自最近的研究大质量恒星演化的低金属丰度的环境中，形成球状星团。在这项工作中，我们只考虑由三体过程形成的双星，为了简单起见，忽略了恒星演化和原始双星。我们的研究结果表明，大多数BH二进制合并发生后，他们被逐出集群。此外，动态形成的双星的质量比应该接近1或可能小于2：1。由于高质量黑洞的双星形成效率更高，因此对于动态形成的黑洞群，引力波观测采样的黑洞质量函数可能会比单个黑洞的质量函数更高。应用关于球状星团种群的保守假设，例如BH质量分数小且没有原始双星，则源自球状星团的BH双星的合并速率估计至少为每年每Gpc 6.5颗^[3]。实际发生率可能是我们保守估计的数倍以上。
2017-05-11 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
