AGN on the move: A search for off-nuclear AGN from recoiling SMBHs and ongoing galaxy mergers with the Zwicky Transient Facility
一个超大质量黑洞通过引力波反冲从其宿主星系的势阱中被抛射出来，携带着关于合并前的超大质量黑洞双星的质量比和自旋排列的重要信息.这样一个反冲的SMBH可以作为一个活动星系核（AGN）宽线区被探测到，它与受扰的宿主星系的距离可达10，kpc。我们描述了一种新的方法，使用正演模拟与\texttt{The Tractor}搜索这样的偏移活动星系核的样本中的5493光学可变活动星系核检测与ZTF（Zwicky瞬态设施）。我们提出了9个活动星系核的发现，它们可能在空间上偏离它们的宿主星系，是反冲SMBH的候选者。其中五个偏置活动星系核呈现双峰宽巴耳末线，这可能是由未被遮蔽的吸积盘发射引起的，四个显示了指示相对论性喷流的射电发射。在我们的空间偏移活动星系核样本中双峰发射体的比例明显大于ZTF活动星系核总体上观察到的16%双峰发射体的比例。在我们的可变活动星系核样本中，我们还确定了52个合并星系，包括一个新的光谱证实的双重活动星系核。最后，我们在ZTF中检测到SDSS 1133的戏剧性再亮，SDSS 1133是先前发现的可变对象和反冲SMBH候选者。耀斑伴随着重新出现的强烈的天鹅座P-Cygni线特征，表明它可能是一颗爆发发光的蓝色变星。
2021-04-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Astrophysics of Super-massive Black Hole Mergers
我们在这里提出的超大质量黑洞（SMBH）合并的天体物理学表现的主题的最新工作的概述。这是一个传统上由理论工作驱动的领域，但近年来也在观测天文学界引起了极大的兴趣和兴奋。特别是，电磁（EM）对应的SMBH合并提供了检测和表征这些高能事件在宇宙学距离的手段，即使在没有一个基于空间的引力波天文台。除了提供观测SMBH合并的机制外，EM对应物还提供了关于这些非凡事件发生的环境的重要信息，从而告诉我们星系与其中心黑洞共生形成和演化的机制。
2013-07-12 astro-ph.HE gr-qc
Compact object mergers: Observations of supermassive binary black holes and stellar tidal disruption events
超大质量黑洞（SMBH）对恒星的捕获和破坏，以及双星的形成和合并，是SMBH存在于星系核心的必然结果。成对的活动星系核（AGN）和双星SMBH是星系合并演化的重要阶段，目前正在对这些系统进行深入的研究。在星系合并的早期和高级阶段，对一个或两个黑洞吸积触发的观测告诉我们反馈过程和黑洞的生长。在秒差距和分秒差距尺度的紧凑型二进制SMBHs识别为我们提供了重要的制约因素的相互作用过程中，管理收缩的二进制超越“最终秒差距”。合并中的双星SMBH是宇宙中最强大的引力波源之一。恒星潮汐破裂事件（TDEs）表现为明亮的，短暂的，吸积耀斑时，恒星物质的一部分是由SMBH吸积。到目前为止，多波长观测已经确定了大约30个事件，在未来的地基或天基瞬态调查中，将检测到数千个事件。TDE的研究为我们提供了各种新的天体物理学工具和应用，与基础物理或天体物理学有关。在这里，我们提供了一个审查的SMBH对和双星，和TDE的观测现状，并讨论天体物理学的影响。
2015-12-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Can a binary neutron star merger in the vicinity of a supermassive black hole enable a detection of a post-merger gravitational wave signal?
双中子星（BNS）合并后的引力波（GW）信号有望包含有价值的信息，可以揭示NS的状态方程（EOS），合并过程中产生的物质的性质，以及任何潜在的中间合并产物，如超大质量或超大质量NS的性质。然而，合并后位于高频区（$ \gtrsim 1000 $ Hz），其中当前的LIGO-Virgo探测器不敏感。虽然NEMO、宇宙探测器和爱因斯坦望远镜等探测器可能会探测到$\mathcal{O}(10~\mathrm{Mpc})$内的BNS合并后的情况，但这种情况可能很罕见。在这项工作中，我们推测的可能性，检测合并从BNS合并在附近的超大质量黑洞（SMBH）。由SMBH的引力场产生的红移，以及BNS围绕SMBH的自行，可以有效地将合并后的信号“拉伸”到探测器的波段。我们证明，使用一个唯象模型，这种BNS聚结将使约束的峰值合并后的信号，否则将是不可能的，由于SMBH的红移程度可以独立收购。我们进一步展示了这种合并将如何改善EOS模型选择使用合并后的信号。我们讨论的机制，可能会提供这样的事件，这项工作的局限性。
2022-02-17 astro-ph.HE gr-qc
Binary Black Hole Accretion During Inspiral and Merger
本文采用二维动网格粘性流体动力学方法模拟并合超大质量黑洞（SMBH）双星的吸积过程。我们包括粘性加热，冲击加热和辐射冷却，并模拟从“前解耦”的时代，其中的螺旋时间尺度是长于粘性的时间尺度，到“后解耦”的时代，其中的螺旋时间尺度是短于粘性的时间尺度的过渡。我们发现，有没有突然停止的吸积去耦，而是吸积显示出缓慢的衰减，与预期的去耦后显着的吸积。此外，我们发现X射线的光度在合并之前显着更高，因为来自SMBH双星的轨道能量通过空腔内的强烈冲击转换为热量，并辐射出去。合并后，空洞重新充满粘性，吸积率放松到Shakura-Sunyaev值，而X射线光度随着激波迅速消散而下降。
2014-09-17 astro-ph.HE
Compact-Object Mergers in the Galactic Center: Evolution in Triaxial Clusters
有重要的观测证据表明，包括银河系和M31在内的大部分星系中心都有一个嵌入三轴核星团中的超大质量黑洞。在这项工作中，我们研究了长期的轨道演化的双星在这些环境中，并表征的区域和核星团的形态特性，导致引力波合并和/或潮汐捕获。我们发现，即使是一个适度的水平的三轴性的密度分布的集群（一个椭球体的轴比为0.7和0.95）显着提高合并率在中央秒差距的银河系的一个因素高达~10 - 30相对于一个球形的密度分布。此外，我们发现，合并分数的二进制文件的半长轴在10 - 100 AU的范围内保持在10%以上的整个中央秒差距的集群，达到接近统一的值在一个距离~0.2 - 0.4 pc的SMBH。我们从两个不同的机制来理解这种大的合并效率：i）由团簇势的主导轴对称部分驱动的偏心振荡，这种偏心振荡通过来自三轴贡献的双星角动量的缓慢调制而增强，类似于著名的三体系统中的八极能级动力学; ii）当一个双星的轨道在SMBH附近的节点进动时标变得与其特征的长期时标相当时，偏心率的混沌扩散。总的来说，我们的研究结果表明，银河系中心的碰撞比以前认为的要多得多，合并发生在它们的核星团的有效半径之内。
2019-10-04 astro-ph.HE
Quasars can Signpost Supermassive Black Hole Binaries
本研究结合引力波背景信号、周期性活动星系核候选样本及类星体质量函数，发现类星体包含超大质量黑洞双星的可能性最多是随机星系的五倍，为脉冲星计时阵列搜索提供优先方向。
2025-04-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Mergers of supermassive and intermediate-mass black holes in galactic nuclei from disruptions of star clusters
引力波（GWs）提供了一个前所未有的机会来调查天空和检测合并的紧凑的对象。虽然中等质量黑洞（IMBHs）还没有被发现，无论是动力学或吸积签名，任何合理的怀疑，GW景观似乎非常有希望。IMBH与超大质量黑洞（SMBH）的合并将是计划中的空间任务LISA的主要来源，并且可以在遥远的宇宙中观察到。SMBH-IMBH双星是星系中心恒星团迁移和合并的结果，那里潜伏着SMBH。我们首次建立了一个半解析的框架来模拟这种情况，并发现SMBH-IMBH双星的共动合并率是$\sim 10^{-4}$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$在本地宇宙中的一个单位IMBH占领分数，与它线性标度，并有一个峰值在$z\approx 0.5$ - $2$。我们的模型预测的$\sim 0.1$事件年$^{-1}$内红移$z\approx 3.5$，如果$10\%$的吸入星团托管IMBH，而$\sim 1$事件年$^{-1}$的一个单位占领分数。这些系统中的超过$90\%$将用信噪比大于$10$的LISA检测到，有望潜在地发现IMBH家族。
2022-10-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Massive binary star mergers in galactic nuclei: implications for blue stragglers, binary S-stars and gravitational waves
星系核通常包含年轻的恒星星族，并且在大多数情况下，中心有一个超大质量黑洞（SMBH）。大多数已知的大质量恒星都存在于双星或更高多重性的系统中，在星系核中，与SMBH的引力相互作用会影响它们的长期演化。本文利用高精度的$N$ -体模拟方法研究了SMBH附近恒星双星的轨道演化，包括引潮力和对运动的后牛顿修正。我们专注于Lidov-Kozai（LK）效应引起的SMBH的大质量恒星双星。我们研究了合并双星的性质随SMBH质量、初始质量函数的斜率、双星轨道参数的分布以及耗散潮中能量耗散效率的变化。我们发现，合并的大质量双星的分数是在范围$\sim 4\%$ -$15\%$的质量和轨道要素的初始分布的细节无关。对于类银河核，我们发现一个典型的二进制合并率$Γ\approx 1.4\times 10^{-7}$年$^{-1}$。大质量双星的合并产物可以是再生的蓝离散星，比它们的原始祖先更大，以及类似G2的物体。在LK周期中幸存下来的双星系统可能是X射线和引力波的来源，可以用现在和即将到来的仪器观察到。
2019-06-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Preferential Accretion onto the Secondary Black Hole Strengthens Gravitational Wave Signals
针对脉冲星计时阵列发现的引力波背景振幅偏大问题，本文提出并验证了次级黑洞优先吸积机制，发现仅需10%的质量增长即可使预测与观测一致，并增强LISA及LIGO信号。
2025-10-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Can quasars, triggered by mergers, account for NANOGrav's stochastic gravitational wave background?
本研究基于类星体光度函数，假设类星体与超大质量黑洞双星并合相关，计算随机引力波背景，发现其振幅与NANOGrav观测值大致匹配，支持类星体作为引力波背景来源，并对类星体寿命等参数提出联合约束。
2024-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Binary mergers in strong gravity background of Kerr black hole
本文研究了Kerr黑洞强引力背景下的双星并合，发现SMBH的强引力效应可增强von Zeipel-Lidov-Kozai机制，缩短并合时间，并在LISA和ET频段产生可观测特征。
2024-06-04 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Parameter Distributions of Binary Black Hole Mergers Near Supermassive Black Holes as Seen by Advanced Gravitational Wave Detectors
星系核中的超大质量黑洞周围环境可能存在恒星质量的双黑洞。这些双星被认为与SMBH形成了一个等级三元系统，并且SMBH的引力扰动可以通过Lidov-Kozai（LK）振荡增强BBH的合并。以前的研究确定了预期的二元参数分布，这种合并渠道在单一的GN。在这里，我们考虑了SMBH周围BBH的不同空间分布和质量分布模型，并进行了直接的高精度正则化N体模拟，包括后牛顿（PN）项高达PN2.5阶，在单个GN中合并BBH种群。我们使用一个完整的吸气合并振铃波形模型的BBH与非零偏心率，并考虑到观测的选择效应，以确定一个单一的先进的引力波（GW）探测器检测到的LK引起的BBH的参数分布在宇宙中的所有GN。我们发现被探测到的合并双星的总质量分布向低质量方向倾斜，质量比分布大致均匀。红移分布的峰值在~0.15-0.55之间，绝大多数的联星会在~1.1的范围内合并。进入LIGO/Virgo/KAGRA波段的剩余偏心率>0.1的双星比例低于~ 10%。我们确定了剩余偏心率和质量参数之间的负相关性和剩余偏心率和源距离之间的负相关性。我们的参数分布和二元参数之间的相关性的结果可能会解开这个合并通道从其他BBH合并通道统计。
2022-12-06 astro-ph.HE gr-qc
Energetic Ceilings and Benchmarks of Astrophysical Gravitational-Wave Backgrounds
Yale University（耶鲁大学）
研究推导出天体物理引力波背景的能量上限，表明观测信号可能由超大质量黑洞驱动。
2026-08-27 astro-ph.HE gr-qc
Supernovae in massive binaries and compact object mergers near supermassive black holes
围绕星系核中的超大质量黑洞（SMBH）的核星团是宇宙中的致密系统之一，拥有数百万颗恒星和致密天体（CO）。在距离SMBH几个秒差距的范围内，恒星可以形成双星。在本文中，我们模型的超新星（SN）的过程中，出生在SMBH附近，产生CO二进制的大规模的二进制文件。这些双星后来可以通过发射引力波合并，这是Lidov-Kozai机制的结果。我们研究了这些系统的动力学演化的高精度$N$体模拟，包括后牛顿（PN）项高达2.5 PN阶。我们采用不同的处方出生的速度踢在SN过程中给予，并发现较大的踢导致更紧凑的二进制合并更接近SMBH。我们还得出结论，大多数的合并进入LIGO波段具有非常高的偏心率。最后，我们分别计算了BH-BH、BH-NS、NS-NS的$0.05$-$0.07\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$、$0.04$- $2\times 10^{-3}\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$、$9.6\times 10^{-6}$ - $2.7\times 10^{-3}\ \mathrm{Gpc}^{-3} \mathrm{yr}^{-1}$的合并率，小于实际的LIGO-Virgo观测率。
2019-10-01 astro-ph.GA 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
Black hole and neutron star mergers in galactic nuclei
星系核中围绕超大质量黑洞（SMBH）的核星团包含大量的恒星、黑洞（BH）和中子星（NS），其中一小部分可能形成双星。这些双星被认为与SMBH形成了一个三重系统，SMBH作为一个扰动器，可能通过Lidov-Kozai机制增强BH和NS合并。我们跟进以前的研究，但第一次进行广泛的统计研究的BH-BH，NS-NS和BH-NS二进制合并的直接高精度正则化$N$ -体模拟，包括后牛顿（PN）条款到PN2.5。我们考虑不同的SMBH质量，BH质量函数的斜率，二进制半长轴和偏心率分布，以及不同的空间分布的二进制文件。我们发现，合并率是SMBH质量的递减函数，并且对于BH-BH，BH-NS和NS-NS二进制分别在$\sim 0.17$ - $0.52 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$，$\sim 0.06$ - $0.10 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$和$\sim 0.04$ - $0.16 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$范围内。然而，从这个通道的速率估计仍然高度不确定，并取决于具体的假设，在星系核的恒星形成的历史和紧凑的对象的供应率。我们发现，合并的$\sim 10\%$ -- $20\%$进入LIGO带的偏心率$\gtrsim 0.1$。我们还比较了我们的结…
2019-06-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
The radio-loud narrow-line Seyfert 1 galaxy 1H 0323+342 in a galaxy merger
窄线Seyfert 1星系（NLS 1 s）中的超大质量黑洞（SMBH）处于活动星系核（AGN）质量函数的最低端，并优先存在于具有伪核的晚型宿主星系中，这些星系被认为是内部长期演化形成的。另一方面，无线电响亮的NLS 1的人口提出了一个挑战的相对论性喷流范式，强大的无线电喷流是专门与非常高质量的SMBH在椭圆主机，这是建立通过星系合并。我们研究了与最近的伽马射线发射，射电大声NLS 1 1H 0323+342相关的扭曲射电结构。这为基于其宿主星系过去的光学/近红外观测的合并假设提供了支持证据。异常射电形态由两种不同的结构组成，即当前活动喷流的内部弯曲结构和低亮度遗迹的外部线性结构。这样的共存可能表明，在星系合并过程中，在黑洞合并之前，一个已经建立的具有进动的黑洞双星所处的阶段。1H 0323+342和其他射电强NLS 1在星系相互作用下可能是从射电静NLS 1到具有较大SMBH的正常Seyfert星系的演化路径上的极端对象。
2020-05-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Role of the Kozai-Lidov Mechanism in Black Hole Binary Mergers in Galactic Centers
为了了解恒星质量黑洞双星（BHB）通过引力波（GW）辐射的合并速率，确定合并的主要途径是很重要的。我们用数值模拟的方法研究了银心超大质量黑洞影响半径内BHB的演化。在这一地区的双星的演变是由中央SMBH的扰动为主。特别地，如Antonini和Perets首先指出的，Kozai-Lidov（KL）机制将BHB相对于SMBH的相对倾斜度交换为BHB的偏心率，并且对于某些取向，可以使BHB的偏心率接近1。在非常高的偏心率下，来自BHB的GW发射可以变得有效，导致BHB的成员聚结。我们使用一种新的组合的两个N体代码遵循这种演变。我们被迫模拟小系统来准确地遵循行为。我们已经完成了400个模拟，范围从$\sim$ 300恒星周围的$10^{3}$ M $_{\odot}$黑洞到$\sim$ 4500恒星周围的$10^{4}$ M $_{\odot}$黑洞。这些模拟是第一次遵循SMBH附近的双星的内部轨道，同时也遵循其外部轨道自洽的变化。我们发现，这种机制可以产生合并的最大速率每体积的$\sim 100$ $^{-3}$年$^{-1}$或相当少，如果倾斜振荡的二进制保持不变的BHB倾斜SMBH的变化，或者如果二进制黑洞分数是小的。
2016-04-18 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
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
A close quasar pair in a disk-disk galaxy merger at z = 2.17
本文报告了在宇宙正午（z=2.17）星系并合中发现的 kpc 尺度双类星体系统 SDSS J0749+2255，揭示了其寄主星系特征，并指出部分超大质量黑洞可能早于恒星核球形成，未来将演化为束缚双星系统。
2023-04-05 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
What is the origin of the JWST SMBHs?
针对JWST观测到的超大质量黑洞起源问题，提出基于扩展Press-Schechter形式的星系与SMBH演化半解析模型，发现并合效率为O(0.1)时重种子模型可同时匹配多类观测数据。
2024-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Co-evolution of supermassive black holes with galaxies from semi-analytic model: stochastic gravitational wave background and black hole clustering
利用基于Millennium和Millennium-II模拟建立的次晕合并树的星系形成半解析模型（SAM），研究了超大质量黑洞（SMBH）与星系的协同演化.我们利用Guo 2013和Henriques 2015的模拟结果研究了两个方面的协同演化，\emph{i.e.}由SMBH合并产生的随机引力波（GW）背景和SMBH/星系成团。Guo 2013和Henriques 2015模型预测的GW背景特征应变幅分别为$A_{yr^{-1}}=5.00\times10^{-16}$和$A_{yr^{-1}}=9.42\times10^{-17}$。我们发现GW振幅对星系合并率非常敏感。Guo 2013和Henriques 2015之间星系合并率的差异导致GW应变振幅的因子$5$偏差。对于星系团，我们利用Guo 2013模型生成的模拟星表计算了SMBH和星系的空间各向同性两点自相关函数和互相关函数。我们发现，所有的2 PCF有积极的依赖SMBH和星系质量。2 PCF中存在明显的时间演化，即在较低的红移处，团簇效应增强。有趣的是，这一结果在SDSS的活动星系核样本中没有报道。我们的分析还表明，当星系质量$10^2\sim10^3$大于SMBH质量时，SMBH和星系的成团模式大致相似，这反映了SMBH和星系的共同演化。最后，我们计算了GW背景能量密度角功率谱的前十倍。我们发现在整个频率范围内，前十…
2018-11-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
High-energy neutrino emission subsequent to gravitational wave radiation from supermassive black hole mergers
超大质量黑洞（SMBH）的合并在宇宙历史中是普遍存在的，经常表现出强烈的吸积活动和强大的喷流。这些SMBH合并也是未来引力波探测器，如激光空间干涉天线（LISA）的有希望的候选人。在这项工作中，我们考虑中微子对应物的发射起源于喷流诱导的冲击。物理图像是，合并后发射的相对论喷流将在合并前的盘风物质内部向前推进，然后它们随后被准直，导致内部激波、准直激波、前向激波和反向激波的形成。宇宙射线可以在这些地点被加速，中微子预计将通过光生子的生产过程。我们制定的喷流结构和相关的相互作用，然后评估中微子发射从每个冲击网站。我们发现，月到年的高能量中微子排放的合并后的喷流后的引力波事件是可检测的IceCube-Gen 2在大约5至10年的操作在乐观的情况下，宇宙射线负载是足够高的，并实现了温和的超爱丁顿吸积。我们还估计了SMBH合并对扩散中微子强度的贡献，并发现在乐观的情况下，观测到的极高能量（$E_ν\gtrsim1$ PeV）的冰立方中微子中有很大一部分可能来自SMBH合并。在未来，这样的中微子同行连同引力波观测可以用于多信使的方法来阐明更详细的演变和SMBH合并的物理机制。
2020-09-23 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Toward Astrometric Constraints on a Supermassive Black Hole Binary in the Early-Type Galaxy NGC\,4472
两个星系的合并，每一个都拥有一个质量为$10^6$\，M $_{\odot}$或更大的超大质量黑洞（SMBH），可能会产生一个束缚的SMBH双星。对于早型星系NGC1，4472，我们研究了如何使用下一代甚大阵（ngVLA）的天体测量来监测质量为$M_{\rm pri}$的主SMBH的反射运动，因为它被质量为$M_{\rm sec}$的次级SMBH牵引。根据周期$P$、半长轴$a_{\rm bin}$和质量比$q = M_{\rm sec} / M_{\rm pri} \le 1$对SMBH双星的轨道进行了预测，发现：（1）以$P = 4$，yr和40，yr为基准周期的轨道可以进行空间分辨和监测。(2)对于每个监测历元的$2\,μ$的95%的准确度，可以在理论上包含主要（$q > \frac{1}{4}$）和次要（$q < \frac{1}{4}$）星系合并的质量比范围内获得$a_{\rm bin}$的亚秒差距值。(3)如果在1（10）年的监测后没有检测到$M_{\rm pri}$的反射运动，则可以排除具有周期$P = 4(40)$\，yr和质量比$q > 0.01(0.003)$的SMBH双星。这表明没有现代的证据表明过去的主要合并像最近模拟的那样，在那里，$q \sim 1$ SMBH双星的冲刷形成了一个具有像NGC1，4472那样运动学特征的恒星核心。(4)天体测量监测可以独立…
2022-04-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Evolution of SMBHs in light of PTA measurements: implications for growth by mergers and accretion
本研究结合脉冲星计时阵探测的引力波背景、类星体光度函数与局地黑洞质量函数约束，分析超大质量黑洞的并合与吸积增长模式，发现三者存在观测张力，并指出高并合率下大质量黑洞具有显著自旋。
2025-01-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
Tick-Tock: The Imminent Merger of a Supermassive Black Hole Binary
超大质量黑洞双星（SMBH）是分层宇宙中星系合并的迷人副产品。在它们轨道演化的最后阶段，引力波辐射驱动着双星的内旋，并发出最大的警报，等待着引力波观测站的探测。活动星系核的周期性变化的发射被认为是探测这类系统的一种强有力的方法，尽管没有一个确定的候选者接近它们的最终合并，使得观测到的周期在时间上保持恒定。在这项工作中，我们报告的第一个系统的快速衰减周期揭示了其光学和X射线光变曲线，这已经减少了约一年到一个月的三年。结合其光学氢线光谱，我们提出该系统是一个质量比不均匀、高度偏心的SMBH双星，正如轨迹演化模型所预测的那样，它将在三年内合并。如果这种解释是正确的，那么应该为人类历史上观察到的第一个SMBH合并事件计划协调的多波段电磁活动，以及可能的中微子测量。脉冲星定时阵列经过五到十年的观测，也可能探测到这一事件的引力波记忆。
2022-01-27 astro-ph.HE gr-qc
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
Black Hole Binary Mergers in Galactic Nuclei: Combined Effects of Secular Dynamics and Stellar Flybys
Institute for Astronomy, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院天文研究所）；Center for Cosmology and Computational Astrophysics, Institute for Advanced Study in Physics, Zhejiang University（浙江大学物理高等研究院宇宙学与计算天体物理中心）；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所引力中心）；Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所尼尔斯·玻尔国际学院）
本研究建模银心黑洞双星演化，结合长期动力学与恒星飞越的随机扰动，得到并合率约16Gpc⁻³yr⁻¹，且部分并合系统在5Hz低频下有可探测偏心率，或为观测到的并合提供主要来源。
2026-10-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Post-Merger Jets from Supermassive Black Hole Coalescences as Electromagnetic Counterparts of Gravitational Wave Emission
作为一个强大的引力波源，超大质量黑洞（SMBH）合并可能伴随着一个相对论性喷流，导致可检测到的电磁（EM）辐射。我们模拟了合并后的喷流在合并前由盘风形成的环核环境中的传播，并计算了前激波区的多波长电磁谱。我们表明，非热EM信号SMBH合并是可检测的未来GW设施，如激光干涉仪空间天线（LISA）的检测范围。基于我们的模型的计算预测缓慢衰落的瞬变与时间延迟从几天到几个月后合并，导致GW检测后的EM后续观测的影响。
2021-03-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Three-body encounters in black hole discs around a supermassive black hole: The disc velocity dispersion and the Keplerian tidal field determine the eccentricity and spin-orbit alignment of gravitational wave mergers
本研究用含3.5PN修正的TSUNAMI模拟SMBH圆盘中的四体交会，揭示速度弥散与开普勒潮汐场共同决定黑洞并合偏心率、发生率及自旋-轨道对齐。
2024-01-18 astro-ph.GA astro-ph.HE
Observability of Dual Active Galactic Nuclei in Merging Galaxies
超大质量黑洞（SMBH）已经在大多数邻近的大质量星系的中心被探测到。今天的星系核是数十亿年星系合并的产物，但也是数十亿年的SMBH活动的产物，作为与星系合并有关的活动星系核（AGN）。在这种情况下，活动星系核对的探测应该是比较普遍的。然而，在观测上，双重活动星系核是很少的，只占所有活动星系核的百分之几。在这封信中，我们调查触发活动星系核活动的合并星系通过一套高分辨率的流体动力学模拟。我们遵循的动力学和吸积到SMBH，因为他们从几十千秒差距的分离移动到几十秒差距。我们的分辨率，冷却和恒星形成的实施产生了一个不均匀的，多相的星际介质，使我们能够准确地跟踪恒星的形成和吸积到SMBHs。我们研究的气体含量，形态和质量比的影响，使我们能够研究活动星系核的活动和动力学在广泛的相关条件。我们测试当两个活动星系核是同时可检测的，多久，在哪些分离。我们发现，强烈的双重活动星系核活动发生在合并的后期阶段，在小的分离（<1-10千秒差距）低于大多数调查的分辨率限制。大部分SMBH的吸积不是同时发生的，限制了通过成像和光谱学检测到的活动星系核的双重部分，与观测样品一致。
2012-03-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Secularly powered outflows from AGN: the dominance of non-merger driven supermassive black hole growth
最近的观测和模拟显示，在驱动超大质量黑洞（SMBH）和星系演化的增长中，长期过程比合并占主导地位。在这里，我们获得窄带成像的活动星系核动力外流的$12$星系与磁盘占主导地位的形态，其历史被认为是合并自由的样本。我们检测流出$10/12$源在窄带成像的[OIII] $5007 \unicode{x212B}$发射使用过滤器的谢恩-3米望远镜。我们计算了这些活动星系核的平均外流率为$0.95\pm0.14~\rm{M}_{\odot}~\rm{yr}^{-1}$。这超过其SMBH（$0.054\pm0.039~\rm{M}_{\odot}~\rm{yr}^{-1}$）的平均吸积速率$\sim18$倍。假设星系必须至少提供足够的物质来驱动活动星系核和外流，这就给出了$\sim1.01\pm0.14~\rm{M}_{\odot}~\rm{yr}^{-1}$的平均流入速率的下限，模拟表明，通过棒、旋臂和冷吸积可以达到这个速率。我们比较我们的磁盘为主的样本与附近的活动星系核合并为主的历史，并表明，在我们的样本中的黑洞吸积率高5倍（$4.2σ$）和流出率低5倍（$2.6σ$）。我们认为，这可能是一个结果的几何形状的平滑，平面流入长期主导的系统，这是两个旋转的黑洞，以增加吸积效率和较少的影响，从流出的反馈，比在合并驱动的系统与混沌准球形流入。这项工作提供了进一步的证据表明，长期的过程是足够的燃料S…
2019-09-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of supermassive black holes in galactic nuclei II: retention and growth of seed intermediate-mass black holes
本研究提出星系核星团先于超大质量黑洞形成的设想，通过模拟验证了中等质量黑洞经引力波并合与气体吸积增长为超大质量黑洞的机制，其种子占比结果符合观测约束，且能重现相关质量关系的多样性。
2021-12-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
On the Prevalence of Super-Massive Black Holes over Cosmic Time
研究了原始星系晕中超大质量黑洞种子的丰度。我们探讨的假设，暗物质晕超过临界晕质量M_c有一定的概率p已经产生了SMBH种子。目前对本地中等质量星系的观测限制了这些参数：对于$M_c=10^{11}M_\odot$，所有的晕都必须被播种，但是当采用较小的M_c质量时，播种的效率要低得多。这些限制也降低了局域和高红移宇宙中黑洞的数量密度。z~6类星体的空间密度取决于它们的典型晕质量，而晕质量可以通过计算附近的Lyman Break Galvanes和Lyman Alpha Emitter来限制。对于这两个观测值，我们的模拟表明，单场预测太多样化，使明确的声明，在文献中的混合索赔协议。如果类星体不局限于最大质量的宿主晕，它们可能只占SMBH总体的一小部分（约10^-5）。最后，我们从SMBH合并产生了广泛的引力事件的预测。我们定义了一个新的LISA诊断图来测量SMBH空间密度和晕并与黑洞并合之间的典型延迟。虽然以前的工作已经探讨了具体的情况下，我们的结果保持独立的种子机制，种子质量，遮蔽，加油方法和占空比。
2019-01-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Galactic Nuclei
本文研究了星系核中由中等质量和恒星质量黑洞组成的双星（分别为IMBH和SBH）围绕中心超大质量黑洞（SMBH）的长期动力学演化。这样的BH三联体可以通过球状星团的内旋向星系核形成，这是由于动力学摩擦，甚至是大/小星系合并。我们执行，合理的初始条件，我们证明，复杂的$N$体模拟，包括正则化和后牛顿修正。我们发现，质量分离结合Kozai-Lidov振荡诱导的主要SMBH可以有效地合并IMBH-SBH双星的时间尺度比引力波发射单独短得多。此外，在本地宇宙中，这种极端质量比吸气的速率可能很高（$\sim 1\ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$），但预计这些与最近的GC坠落或主要/次要合并有关，使这些事件的观测特征（例如，潮汐碎片）是搜索SMBH-IMBH-SBH合并的良好诊断方法。一小部分也可能与潮汐中断事件的IMBH-SBH在inspiral。
2018-08-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Waves from the Inspiral of Supermassive Black Holes in Galactic-scale Simulations
利用混合树正则化N体程序KETJU研究了大质量早型星系在无气体合并过程中形成的超大质量黑洞双星的轨道演化和引力波辐射.从大规模的合并到黑洞合并前的最后几个轨道，SMBH和周围星系的演化是自洽的。后牛顿修正包括到PN3.5-水平的二元动力学，和GW计算包括相应的修正到PN1.0-水平。我们分析了恒星环境对双星演化的重要性，以及在双星硬化和螺旋上升的最后GW发射占主导地位的阶段发出的GW信号。我们的模拟相比，半解析模型，经常被用来预测的随机GW背景SMBHs发出的。我们发现，常用的半解析参数值产生很大的差异合并的时标和偏心率的演变，但结果只有$\sim 10\%$差异的GW频谱发出的频率$f\gtrsim 10^{-1} \, \rm yr^{-1}$，这是目前的脉冲星定时阵列。这些差异部分是由SMBH双星对周围恒星星族的强烈影响造成的，这不包括在半解析模型中。
2019-12-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Keplerian three-body encounter II. Comparisons with isolated encounters and impact on gravitational wave merger timescales
研究了由超大质量黑洞（SMBH）产生的开普勒潮汐场对恒星质量黑洞三体动力学的影响。我们考虑两种情况下发生的SMBH：不稳定的三元组和三体之间的二元和单一的遭遇破裂。这两种情况分别对应于硬二元情况和软二元情况。潮汐场通过潮汐限制系统来影响三元组的解体，使得三元组以较低的解体速度更早地解体，留下稍大的二进制（相对于孤立的情况）。破裂方向变得各向异性，并倾向于遵循三重峰的Hill区域的形状，有利于径向方向上的破裂。此外，潮汐场可以扭转系统，导致三重体和它围绕SMBH的轨道之间的角动量交换。这个过程改变了最终双星的性质，这取决于三元组的初始角动量。最后，潮汐场也会影响双星与单星的相遇：双星在单独相遇时，往往会变得更加坚硬和古怪。因此，在深开普勒势中的单双星散射产生了具有较短引力波合并时标的双星。
2019-09-25 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Properties of loss cone stars in a cosmological galaxy merger remnant
目的：我们研究了在宇宙学场景中形成的硬高红移双星超大质量黑洞（SMBH）系统与损失锥星强烈相互作用的轨道和相空间性质。研究方法：我们使用一种新的混合集成方法，结合直接N体代码$φ$ -GRAPE与ETICS，采用自洽场方法进行力计算的无碰撞代码。混合方法显示出相当大的速度比直接求和的粒子数$> 10^6$，同时保留的一个子集的粒子的直接N体的准确性。在SMBH二进制的演变过程中，我们监测个别恒星与二进制的相互作用，以确定恒星，显着有助于SMBH二进制硬化。结果：我们成功地识别和详细分析了从双星中提取能量的恒星的性质。我们发现，在这些恒星中看到的总能量变化与整体二元能量变化非常匹配，表明恒星相互作用是SMBH二元硬化的主要驱动因素，在三轴，气体贫乏的系统。轻微的三轴性，我们的系统的结果在有效的损失锥填充，避免了最后的秒差距问题。我们区分三个不同的人口的相互作用的基础上，他们的远心。我们发现一个明显的流行的相互作用与二进制共同旋转。然而，逆行相互作用是最有活力的，对整体能量交换的贡献仅略低于逆行人口。最具能量的相互作用也可能导致恒星角动量的符号变化。我们估计合并的时间尺度的二进制为$\approx 20$ $\mathrm{Myr}$，一个值的两倍以上的时间尺度在以前的研究报告。
2021-03-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Searching for gravitational waves via Doppler tracking by future missions to Uranus and Neptune
在过去的一年里，许多出版物强调了在未来十年里对冰巨人进行太空任务的重要性。拟议的任务计划包括一个$\sim$ 10年的巡航时间的冰巨人。利用这段巡航时间，可以通过观测低频引力波在地-空无线电链路中引起的多普勒频移来寻找低频引力波。我们计算的敏感性，未来的冰巨人任务GW。然后，采用稳态黑洞双星布居，我们得到了极端质量比螺旋（EMRI），超大质量（SMBH）和恒星质量的双黑洞（sBBH）合并的检测率的保守估计。我们链接的SMBH人口的类星体$f_\rm{bin}$的分数导致星系合并配对SMBH的一个二进制。在单个航天器巡航期间总共进行10次40天的观测，如果在$10^{-5}-10^{-3}$ Hz范围内通过$\sim 10^2$改善卡西尼时代噪声的Allan偏差，则可能探测到SMBH合并的$\mathcal{O}(f_\rm{bin})\sim0.5$。对于EMRI，检测次数介于$\mathcal{O}(0.1) - \mathcal{O}(100)$之间。此外，与激光干涉仪空间天线（LISA）相结合的冰巨人任务将比LISA本身提高一个数量级的定位。
2021-03-10 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Birth, life, and death of black hole binaries around supermassive black holes: dynamical evolution of gravitational wave sources
本文探讨了超大质量黑洞周围恒星黑洞双星的形成和演化机制。我们发现，动力学相互作用可以有效地驱动“原位”BHB的形成，如果SMBH是由一个巨大的核集群（NC）包围，而轨道分离的星团可以补充SMBH为主的核中的BHB水库。我们讨论了恒星硬化和质量分离的共同作用如何塑造BHB轨道特性。我们使用直接N体模拟，包括后牛顿修正高达2.5阶的研究BHB-SMBH的相互作用，表明Kozai-Lidov机制在缩短双星寿命中起着至关重要的作用。我们发现，合并概率弱依赖于SMBH质量的$10^6-10^9{\rm ~M}_\odot$质量范围内，导致合并率$Γ\simeq 3-8$年$^{-1}$ Gpc $^{-3}$在红移为零。几乎$40\%$的合并在“BH质量间隙”，$50-140{\rm ~M}_\odot$的质量，从而表明星系核是理想的地方形成BH在这个质量范围。我们认为，引力波（GW）源的组件质量$m_1>40{\rm ~M}_\odot$和$m_2<30{\rm ~M}_\odot$将代表一个强有力的指示星系核的起源。这些合并中的大多数可能是本地宇宙中的多波段GW源：几乎$40\%$可能被LISA视为偏心源，几年后，LIGO和爱因斯坦望远镜将其视为圆形源，使DECIGO这样的分赫兹天文台成为独特的仪器，可以在双星螺旋期间进行观测。
2020-02-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
