Fingerprints of Individual Supermassive Black Hole Binaries in Pulsar Timing Arrays
Yale University（耶鲁大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文提出通过几何指纹识别脉冲星定时阵列中单个超大质量黑洞双星的方法，利用空间相关性区分双星与随机背景。
2026-07-27 astro-ph.HE
A Shining Death of Unequal Supermassive Black Hole Binaries
在$Λ$ CDM方案中，小星系合并产生更大的实体。由于超大质量黑洞（SMBH）存在于各种大小的星系中，SMBH双星（SMBHB）通常被认为是在星系合并过程中形成的。目前还不清楚这些双星中有多少最终会合并，但普遍的共识是，最初的轨道衰变是由周围的气体和恒星介导的。在这封信中，我们表明，在活动星系核（AGN）的辐射场也导致吸积SMBH的轨道收缩。相应的机制，被称为“坡印廷-罗伯逊阻力”（PR阻力），对一个定义明确的时间尺度$CT_{\rm Sal}$起作用，其中$T_{\rm Sal}$是活动星系核的Salpeter时间尺度，大概与主SMBH一致，而$C=4ξ^{-1}ε^{-1}q^{1/3}(1+q)^{2/3}(1-ε)$是一个常数，由辐射效率$ε$，两个黑洞的质量比$q$，和一个参数$ξ$，表征环次吸积盘的大小。我们发现，当$q\lesssim$几个$\times10^{-5}$，PR阻力是更有效地收缩的二进制比许多其他机制，如动力学摩擦和I型迁移。我们的发现指出了一个可能的新渠道的不平等SMBHB的合并和AGN中的中等质量黑洞的清除。
2020-03-26 astro-ph.HE
Supermassive Black Hole Binaries: The Search Continues
引力束缚超大质量黑洞双星被认为是星系合并和宇宙大尺度结构生长的自然产物。然而，它们仍然难以观测，因此提出了一个问题，与这些系统相关的特征观测签名。在这次会议上，我讨论了目前的理论认识和观测搜索SBHB的最新进展和前景。
2014-06-19 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Detecting the Orbital Motion of Nearby Supermassive Black Hole Binaries with Gaia
我们表明，为期10年的盖亚任务可以通过天体测量检测附近明亮活动星系核（AGN）中心约1亚秒差距分离的超大质量黑洞二元体的轨道运动。候选活动星系核的红移为z=0.02，在V波段的星等范围$10 \lesssim m_V \lesssim 13$内。可探测的双星质量分布在几倍于$10^7$太阳质量时达到峰值，在几倍于$10^8$太阳质量时被截断。
2020-03-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Misaligned accretion on to supermassive black hole binaries
我们提出了高分辨率的数值模拟结果的气体云下降到双超大质量黑洞，形成环二吸积盘，与逆行和逆行云轨道。我们探索了一系列的云质量和冷却速率。我们发现，对于低质量的光盘，冷却速度足够快的碎片，逆行光盘是显着较短的寿命比类似的光盘逆行相对于二进制。对于所有质量的破碎盘，我们还发现，破碎盘在一个较窄的径向区域内破碎。如果冷却是足够慢的光盘进入一个自我调节的gravitoturbulent制度，我们发现，光盘和二元平面之间的对齐发生在一个时间尺度上，主要由光盘厚度决定。我们估计现实的冷却时间，这样的光盘，并发现，在大多数情况下，我们希望发生碎片。低质量碎片逆行盘的较长寿命使它们能够推动重要的双星演化，并可能提供解决“最后秒差距问题”的机制。
2014-09-12 astro-ph.HE
Efficient large-scale, targeted gravitational-wave probes of supermassive black-hole binaries
针对脉冲星计时阵列搜索超大质量黑洞双星计算成本高的问题，提出忽略脉冲星项的地球项近似方法，在提供类似参数约束的同时将搜索效率提升100倍以上。
2023-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Multi-band light curves from eccentric accreting supermassive black hole binaries
我们使用长期运行，高分辨率的流体动力学模拟计算多波长光变曲线（LC）从周围的吸积等质量超大质量黑洞（BH）的二进制文件的热盘发射，重点揭示二进制偏心率。LC通过用绝热状态方程、局部黑体冷却处方和近似辐射压力影响的修正来模拟磁盘热力学而获得。我们发现，调制的轨道时间尺度上的多带LC通常是同相的（内$\sim\,$ 2%的一个双轨道周期），但它们包含脉冲子结构在时域中，不一定反映在BH吸积率$\dot M$。因此，我们预测，双星托管活动星系核将表现出高度相关的，同相的，周期性的亮度调制在其低能量磁盘的排放。然而，这些调制在多波长观测活动的可检测性可能会受到严重影响，因为观察到的活动星系核的随机变化通常具有比我们提出的信号更高的幅度。在许多双星周期的时间基线上的观测可能会使信号更加突出，但这需要仔细分析。如果喷流发射是由$\dot{M}$预测，那么我们预测一个较弱的相关性与低能量盘发射由于不同的亚峰结构。对于我们探索的二进制参数，我们表明，由于流体动力学的LC变异可能占主导地位的多普勒增亮与磁盘马赫数$\lesssim 20$的所有等质量的二进制文件。偏心率的一个有希望的特征是弱的或不存在的“块”周期性。我们发现，一个显着的滞后之间存在的$\dot{M}$和低能量盘发射的圆形双星，但他们是在偏心双星，这可能解释了一些“孤儿”耀变体耀斑没有$γ$射线对应。
2022-10-17 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
Gravitational interactions of stars with supermassive black hole binaries. I. Tidal disruption events
接近星系中心超大质量黑洞（SMBH）的恒星可能会被强大的潮汐力撕裂。我们研究的物理潮汐中断的二元SMBH作为二元质量比$q = M_2 / M_1$和分离$a$的函数，探索参数范围$q \in [0.01, 1]$和$a/r_{t1} \in [10, 1000]$的一个大的点集。我们模拟遇到的领域的明星接近二进制从损失锥抛物线，低角动量轨道。我们提出的中断率和被破坏的恒星的轨道特性，并检查中断后的碎片在“冻结”近似的回退动力学。我们得出结论，计算时间依赖的中断率在二进制的生命周期。在整个过程中，我们使用主质量$M_1 = 10^6 M_\odot$作为我们的中心示例。我们发现，潮汐中断率是一个因素的$\sim 2 - 7$倍大于一个孤立的BH的速率，是独立的$q$为$q \gtrsim 0.2$。在“冻结”模型中，来自接近的、几乎相等质量的双星的破坏可以产生强烈的潮汐回落：对于具有$q \gtrsim 0.2$和$a/r_{t1} \sim 100$的双星，大约$\sim 18 - 40 \%$的破坏将具有短的上升时间（$t_\textrm{rise} \sim 1 - 10$ d）和高度超爱丁顿峰值返回率（$\dot{M}_\textrm{peak} / \dot{M}_\textrm{Edd} \sim 2 \times 10^2 - 3 \times 10^3$）。
2018-02-21 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
Galactic-scale Feeding Reveals Warped Hypermagnetized Multiphase Circumbinary Accretion Around Supermassive Black Hole Binaries
本研究通过星系尺度物质补给的模拟，揭示了超大质量黑洞双星周围超磁化、多相、偏心扭曲的环双星吸积盘及双极磁塔状外流，深化了对双星演化真实吸积条件的理解。
2025-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the Spins of Supermassive Black Holes with Gravitational Waves from Surrounding Compact Binaries
合并的致密黑洞（BH）双星可能存在于超大质量黑洞（SMBH）周围的核星团中，如Sgr A $^\ast$。它们也可能形成于活动星系核的吸积盘中。这种紧凑的双星可以发射低频带（0.001-1 Hz）的引力波（GW），可以被几个计划中的星载GW天文台探测到。我们表明，紧凑的二进制的轨道轴可能会经历显着的变化，由于与SMBH的自旋的帧拖动效应。轨道轴的动力学行为可以被理解为一种共振现象。我们表明，二进制轨道轴的变化率编码的SMBH的自旋信息。因此，从SMBH周围的致密双星中探测GW，特别是与双星轨道轴变化相关的波形调制，可以为SMBH的自旋提供新的探测。
2022-01-24 astro-ph.HE gr-qc
Formation and Coalescence of Cosmological Supermassive Black Hole Binaries in Supermassive Star Collapse
我们研究可能在早期宇宙中形成的快速旋转的超大质量恒星的坍缩。通过使用三维广义相对论流体动力学和完全动态时空演化自洽地模拟坍缩开始的动力学过程，我们证明了祖先中的种子扰动可以导致两个高自旋超大质量黑洞系统的形成，在强烈的引力辐射的辐射下，它们螺旋式地旋转并合并，10与DECIGO或大爆炸观测引力波天文台，假设超大质量恒星的质量范围在10^4-10^6 Msol。残余物以无量纲自旋a^*=0.9快速旋转。周围的吸积盘包含约10%的初始质量。
2013-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Bardeen-Petterson effect, disk breaking, and the spin orientations of supermassive black-hole binaries
超大质量黑洞双星的合并是由动力学摩擦、单个恒星的损失锥散射、盘迁移和引力波发射驱动的。预计有两种主要的形成情况。在缺乏气体的星系环境中形成的双星不会经历盘迁移，并且可能进入具有大致各向同性自旋方向的引力波主导阶段。相比之下，在富含气体的星系环境中演化的双星可能会经历显著的盘吸积阶段，其中Bardeen-Petterson效应使黑洞的自旋与盘的轨道角动量对齐。然而，如果吸积盘破坏了对齐，则预期对齐将被强烈抑制--这是最近显示在参数空间的大部分中发生的现象。本文首次建立了一个考虑盘破裂影响的超大质量黑洞双星气体驱动迁移和自旋排列的半解析模型。我们的模型预测不同的二进制亚群的发生取决于自旋对齐的效率。这意味着未来对合并黑洞的引力波观测可能被用于（i）区分富气和贫气宿主，以及（ii）限制扭曲的吸积盘的动力学。
2023-02-02 astro-ph.HE gr-qc
Detecting Gravitational Wave Anisotropies from Supermassive Black Hole Binaries
本研究针对脉冲星计时阵列未探测到引力波各向异性的现状，计算现有及未来PTA的探测概率，证明未探测结果与超大质量黑洞双星起源假设不矛盾，并识别出易产生可探测各向异性的SMBHB族群，可用于表征该族群特征。
2024-07-11 astro-ph.HE
Evidence for Supermassive Black Hole Binaries
本文综述了超大质量黑洞双星的存在证据与观测特征，探讨了其形成机制、与宿主星系的相互作用对引力波信号的影响，以及LISA和脉冲星计时阵列未来的探测前景。
2025-11-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
The BAT AGN Spectroscopic Survey -- XVIII. Searching for Supermassive Black Hole Binaries in the X-rays
理论预测，一个超大质量黑洞双星（SMBHB）可以被观测到作为一个发光的活动星系核（AGN），其轨道时间尺度的顺序周期性变化。在X射线中，周期性变化可能是由包括相对论多普勒增强和冲击在内的机制引起的。在这里，我们提出了第一个系统的搜索周期活动星系核使用$941$硬X射线光变曲线（14-195千电子伏）从第一个105个月的斯威夫特爆发警报望远镜（BAT）调查（2004-2013年）。我们没有在Swift-BAT中发现周期性活动星系核的证据，包括先前报道的SMBHB候选者MCG+11 $-$ 11 $-$ 032。我们发现，零检测是一致的组合的上限二进制人口在活动星系核在我们所采用的模型，其预期的周期性变化幅度，和BAT调查的特点。我们还调查了SMBHB对正常活动星系核的X射线变化的eROSITA调查的背景下，可探测性。在我们假设双星总体和它们产生的周期信号具有数百天的长周期的条件下，在理想的均匀采样下，可将高达$13$ %的真周期双星与正常变星活动星系核鲁棒地区分开来。然而，我们表明，现实eROSITA采样可能是不敏感的长周期的二进制文件，因为较长的观测间隙降低其可检测性。相比之下，大的观测差距并没有减少检测短，几天周期的双星的前景，因为19%可以成功恢复，其中绝大多数可以在调查的前半部分确定。
2020-05-22 astro-ph.HE
The effect of cooling on the accretion of circumprimary discs inmerging supermassive black hole binaries
在超大质量黑洞合并的最后阶段，引力波的发射将有效地从双星轨道中移除能量和角动量，从而使致密物体之间的距离缩小。在环绕主星盘存在的情况下，会出现一个挤压阶段，在这个阶段中，盘和次级黑洞之间的潮汐相互作用会将气体向内推，从而提高了对主星的吸积速率，并产生了所谓的电磁前兆。在这种情况下，使用3D流体动力学模拟，我们研究了绝热的环主吸积盘如何响应于变化的引力势，因为次级落在更大质量的物体上。我们包括一个由参数β= Ω t_{cool}控制的冷却处方，它将决定最终吸积速率的强度：较热的圆盘较厚，并且对于双星平面外的气体，潮汐相互作用被抑制。我们的主要结果是，对于气体不能足够快地冷却（β>30）的情况，盘变得厚，使系统不可见，而对于β<10，强冷却阻止了任何泄漏到次级轨道上，允许吸积率的增强比模拟的其余部分的平均值强两个数量级。
2020-10-02 astro-ph.HE
Constraints on ultra-low-frequency gravitational waves from an eccentric supermassive black hole binary
周期稳定度高的毫秒级脉冲星可以作为高精度的时钟，用于直接探测纳秒级引力波的脉冲星计时阵列（PTA）。纳赫兹巨Ws的主要来源是具有亚pc尺度轨道的超大质量黑洞（SMBH）双星。另一方面，一个SMBH双星，这是在一个早期阶段，并具有pc级轨道发射超低频（$\lesssim 10^{-9}\,\mathrm{Hz}$）GWs不能检测与传统的方法的PTA。这样的二进制倾向于获得高偏心率，可能是$\sim 0.9$。在本文中，我们开发了一种形式主义扩展约束GW振幅从单一来源PTA超低频考虑预期从偏心SMBH二进制的波形。来自偏心双星的GWs来自高次谐波，因此具有与来自圆形双星的GWs不同的波形。此外，我们将我们的形式主义，以几个假设SMBH双星在附近的星系，包括M87的中心，使用NANOGrav的11年的数据集的约束。对于一个位于M87中心的假想SMBH双星，其质量比的典型上限是$0.16$，即$0.9$的偏心率和$a=1~\mathrm{pc}$的半长轴，假设双星的相位是近心点。
2021-04-09 astro-ph.HE
Effective-one-body modelling of eccentric supermassive black hole binaries for Pulsar Timing Array
本文提出基于EOB方法的偏心双星引力波模型，用于PTA数据中的连续引力波搜索，揭示偏心双星对脉冲星定时残差的显著影响。
2025-11-24 astro-ph.HE gr-qc
Non-thermal radiation from dual jet interactions in supermassive black hole binaries
本研究针对区分单个活动星系核与超大质量黑洞双星的观测需求，提出密近黑洞双星的双喷流相互作用触发磁重联产生非热辐射的新型电磁特征，建模得到能谱与光变时标并对比普通活动星系核辐射。
2024-06-25 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
Detection of Gravitational Wave Emission by Supermassive Black Hole Binaries Through Tidal Disruption Flares
星系合并会产生超大质量黑洞双星，它们在合并之前会发出引力波。我们进行三维流体动力学模拟，研究恒星的潮汐破坏这样的双星在其生命的最后几个世纪。我们发现恒星碎片的气体流在双星势中混沌运动，并在两个黑洞周围形成吸积盘。吸积光变曲线在双星轨道周期内受到相对论性光束的调制。这种周期性信号允许通过观测相隔十多年的两次潮汐破裂事件来检测由于引力波发射而导致的双星轨道的衰减。
2016-10-17 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
On the orbital evolution of supermassive black hole binaries with circumbinary accretion discs
气态环双星吸积盘为星系核中超大质量黑洞的合并提供了一种很有前途的机制。我们测量的扭矩施加在吸积SMBH二进制，使用二维，等温，移动网格，粘性流体动力学模拟的circumbinary吸积盘。我们的计算域包括整个内部区域的circumbinary磁盘与个人黑洞（BH）包括作为点质量的网格和一个水槽处方模型吸积到每个BH。每个黑洞都有自己清晰的吸积盘（minidisks）。我们探索了一系列的质量去除率的水槽处方去除气体的中心区域的minidisks。我们发现，施加在二进制的扭矩主要是重力，并占主导地位的气体轨道密切落后和领先的个人BH。来自更远的扭曲的环双星盘和来自角动量的直接吸积的扭矩是次主导的。扭矩是敏感的汇处方：较慢的汇导致更多的气体积累附近的BH和更多的负扭矩，驱动的双合并更快。对于更快的下沉，扭矩的负值较小，最终变为正值（对于非物理快速下沉）。当minidisces被建模为标准的阿尔法光盘，我们的结果是不敏感的下沉半径的选择。将模拟结果缩放到双星轨道周期tbin = 1 yr，背景盘吸积速率Mdot = 0.3MEdd（爱丁顿单位），双星的吸气时间尺度为3 × 10^6年，与SMBH的质量无关。对于总质量小于10^7 Msun的双星，这比单独由引力波（GW）辐射产生的螺旋时间要短，这意味着气体盘将对SMBH双星的数量产生重大影响，并可能影响脉冲星定时阵列的GW信号。
2017-03-11 astro-ph.HE
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
Pulsar Timing Residuals Induced by Gravitational Waves from Single Non-evolving Supermassive Black Hole Binaries with Elliptical Orbits
本文分析了一般椭圆轨道非演化双星源的引力波引起的脉冲星计时残差。对于不同的轨道偏心率，定时残差呈现出不同的性质。对于不同的偏心率，计算了由固定的引力波源引起的时间残差的标准偏差。我们还将分析PSR J 0437 -4715的计时残差引起的最有名的单引力波源之一，超大质量黑洞在耀变体OJ 287的二进制。
2013-11-28 astro-ph.HE gr-qc
The late inspiral of supermassive black hole binaries with circumbinary gas discs in the LISA band
本文采用二维动网格粘性流体动力学方法模拟了合并超大质量黑洞双星周围的吸积盘。模拟是伪牛顿的，与BH建模为点质量与Paczynski-Wiita潜力，并包括粘性加热，冲击加热，和辐射冷却。我们跟踪了一个等质量双星的引力螺旋，其组成质量为M_bh=10^6 M_sun，从初始分离60 r_g（其中r_g=GM_bh/c^2是引力半径）到合并。我们发现，一个中心，低密度的空腔周围的二进制形式，在以前的工作中，但BH捕获气体从circumbinary光盘和吸积有效地通过自己的minidisks，以及后，他们的inspiral超过粘性的发展光盘。该系统保持明亮，在整个螺旋过程中显示出强烈的周期性，其频率是双星轨道频率的两倍，一直到合并。在软X射线波段，热辐射主要由环双星盘的内边缘控制，在螺旋早期具有明显的周期性。相比之下，较硬的X射线发射主要是由迷你盘，光变曲线最初更嘈杂，但在螺旋后期发展出明显的周期性。这种变化模式应该有助于识别天基引力波探测器LISA探测到的SMBHB的EM对应物。
2018-01-07 astro-ph.HE
The Bardeen-Petterson effect in accreting supermassive black-hole binaries: a systematic approach
盘驱动迁移是富气星系中超大质量黑洞双星演化的关键阶段。除了促进螺旋外，粘性相互作用还倾向于使黑洞的自旋与圆盘的轨道角动量对齐。我们提出了一个关键的和系统的调查这个问题，也被称为巴丁-彼得森效应。我们设计了一个新的迭代格式来求解在相对论标架拖曳和双星伴星影响下的翘曲吸积盘的非线性动力学。我们的特点的影响，光盘的“临界quantiity”，这标志着固定的解决方案不存在的参数空间的区域。我们发现，黑洞的自旋达到完全对齐或临界配置。达到临界结晶度可能意味着流体动力学模拟中观察到的圆盘破裂。我们的发现对于预测超大质量黑洞双星进入引力波驱动区并被LISA探测到的自旋构型是很重要的。
2020-07-06 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Multi-messenger Time-domain Signatures Of Supermassive Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星（SMBHB）是星系合并的自然产物，应该经常在星系核中形成。亚秒差距双星可以从它们明亮的电磁辐射中识别出来，例如，活动星系核（AGN）的多普勒频移宽发射线或AGN的周期性变化，以及从发射的强引力辐射。质量最大的双星（总质量>10^8 M_sol）发射的辐射在纳赫兹波段，是脉冲星定时阵列（PTA）的目标。在这里，我们研究电磁和引力波签名SMBHB之间的协同作用。我们将这两个信号与双星的轨道动力学联系起来，并研究它们之间的共同联系，为联合多信使观测奠定基础。我们发现，周期性变化所产生的相对论多普勒增强是最有前途的电磁签名与全球Ws连接。我们描绘的参数空间（二进制总质量/啁啾质量与二进制周期/GW频率），联合观测是可行的。目前，多信使探测只可能用于最大质量和附近的星系，受到PTA灵敏度的限制。然而，我们证明，随着PTA在未来几年收集更多的数据，重叠的参数空间预计将显着扩大。
2021-10-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Merging Compact Binaries Near a Rotating Supermassive Black Hole: Eccentricity Excitation due to Apsidal Precession Resonance
研究了在一个旋转的超大质量黑洞（SMBH）附近的三重结构中合并致密双星的动力学。我们包括各种广义相对论的影响，耦合的内轨道，外轨道和自旋的SMBH。在引力辐射引起的轨道衰变过程中，内双星会遇到“拱心进动共振”，并经历偏心激发。当内双星的拱点进动速率与外双星的拱点进动速率相匹配时，就会发生这种共振，这种进动由牛顿相互作用和各种后牛顿效应驱动。偏心率激励要求外轨道具有有限的偏心率，并且对于具有小的相互倾斜的三重体是最有效的，与充分研究的Lidov-Kozai效应相反。共振和相关的偏心率增长可能发生在双星发射低频带的引力波时，并且可能被未来的天基引力波探测器探测到。
2020-07-14 astro-ph.HE gr-qc
Tidal Disruption Event Demographics in Supermassive Black Hole Binaries Over Cosmic Times
本研究通过模拟SMBH双星探究TDE速率随质量和红移的变化，发现双星系统TDE速率随质量增加，与单SMBH趋势相反，为解释观测速率和约束双星比例提供了可测试框架。
2025-07-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Blazar Jets Perturbed by Magneto-Gravitational Stresses in Supermassive Binaries
我们研究了在超大质量双星系统引力扰动下，Blazar喷流中的粒子加速和辐射过程。本文研究了伴黑洞对主黑洞$\sim 10^8 \, M_{\odot}$的扰动作用，并讨论了伴黑洞对主黑洞相对论性喷流的扰动。我们讨论了这样的条件如何诱导重复磁流体动力学应力沿射流，并影响其内部的电子加速和辐射过程。具体来说，我们研究如何宏观扰动有关的增加射流“磁化”最终成为更高的辐射输出的光学，X射线和伽马射线波段。我们首先发现增加磁场强度的测量在光学波段从同步辐射的电子加速的动力学过程中刺激重新连接磁力线。高能电子然后继续向上散射同步加速器光子的GeV能量后，规范的同步-自康普顿辐射过程。我们的模型暗示了一个特定的，反复出现的模式，在光学伽马射线的排放，由高峰值和宽槽。由扩散重联引起的加速将产生额外的同步加速器keV分量。这样的爆发提供了一个诊断增强加速的电子，可以向上散射光子到TeV的范围。我们讨论了我们的模型如何适用于BL Lac对象PG 1553+113，可以说是最好的候选人，现在的高振幅，反复调制的伽马射线发射。我们还考虑了其他BL Lac显示相关keV-TeV辐射，如Mrk 421。
2017-02-16 astro-ph.HE
Partial Tidal Disruption Events by Intermediate-mass Black Holes in Supermassive and Intermediate-mass Black Hole Binaries
本文利用 N 体模拟研究 SMBH-IMBH 双星中 IMBH 诱发的 PTDEs，指出其占多数并可造成重复耀发，且能解释 ASASSN-14ko 的周期与周期导数。
2024-02-29 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
Accretion onto supermassive black hole binaries
本章综述了吸积大质量黑洞双星（MBHBs）的物理，重点介绍了广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的最新进展，并分析了环绕双星盘、迷你盘、外流、磁场及电磁特征等关键方面，总结了不同数值方法的优缺点及已建立的可靠知识。
2024-05-23 astro-ph.HE gr-qc
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
Constraints on Individual Supermassive Black Hole Binaries from Pulsar Timing Array Limits on Continuous Gravitational Waves
脉冲星计时阵列（PTAs）对亚秒差距尺度上超大质量黑洞双星发射的连续引力波的应变振幅施加了越来越严格的限制。在本文中，我们将在特定的星系在已知的距离超大质量黑洞的动力学质量$M_{bh}$的独立信息，并使用这些额外的信息，以进一步限制这些星系是否可以主机可检测的超大质量黑洞二进制。我们估计的应变振幅从个别双星作为一个函数的二进制质量比附近的两个样本的星系：（1）直接动力学测量的$M_{bh}$在文献中，和（2）116个最大的早期型星系（因此可能主机的最大质量的黑洞）在108 Mpc的大规模调查。我们的探索性分析表明，目前的PTA上限的连续波（作为在天空中的角位置的函数）已经可以约束质量比的假设黑洞双星在我们的样本中的许多星系。对于具有较大$M_{bh}$和较小距离的星系，这种约束更强。对于在NGC 1600、NGC 4889、NGC 4486（M87）和NGC 4649（M60）中心有$M_{bh} \gtrsim 5\times 10^9 M_\odot$的黑洞，任何在PTA频带内的轨道上的双星伴星的质量比必须是百分之几或更少。
2016-04-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraints on Supermassive Black Hole Binaries from JWST and NANOGrav
本研究利用JWST在z~3.4处的双AGN统计探讨SMBHB演化，发现双黑洞同时被点亮且与富气并合相符，该结论获NANOGrav PTA上限支持，表明双星在NANOGrav探测间距处发生停滞或快速气体驱动旋近。
2024-04-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Next-Generation Very Large Array: Supermassive Black Hole Pairs and Binaries
下一代甚大阵列（ngVLA）有可能成为发现和研究成对超大质量黑洞的主力，无论是在大分离（对偶）还是在紧束缚系统（二元）中。在本章中，我们概述了研究这些超大质量对的科学案例，并总结了可以在无线电波长下发现它们的发现方法：包括形态学，光谱和时域识别。这项工作的一个关键方面是，多信使二进制黑洞的研究可能与ngVLA结合使用脉冲星定时阵列技术的引力波搜索时。然而，长基线干涉测量（>>1000公里）将使这种可能性更大，因为它扩大了红移范围，在这个范围内，可以分辨和研究两个独立的黑洞产生的无线电发射。
2018-08-13 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
The fate of close encounters between binary stars and binary supermassive black holes
位于银河系中心的主序星双星的演化会受到中心超大质量黑洞（SMBH）的严重影响。由于这些微扰效应，稠密环境中的恒星双星可能会通过长期和/或非长期相互作用经历合并，碰撞或喷射。与中央SMBH更直接的相互作用被认为会产生超高速恒星（HVS）和潮汐破裂事件（TDE）。在本文中，我们使用N体模拟研究恒星双星的动力学轨道中央SMBH主要与外部SMBH次要轨道这个内部的三重。研究了次级SMBH对HVS、TDE和恒星合并事件率的影响，并将其作为SMBH-SMBH双星质量比的函数。我们的数值实验表明，相对于孤立的SMBH的情况下，TDE和HVS率增强，分别为最小和最大的质量比SMBH-SMBH二进制文件。这表明观测到的TDE和HVS事件率有可能作为中央SMBH-SMBH双星质量比的诊断。次级SMBH的存在也允许超高速双星的产生。因此，对这些系统的观测可以限制银河系中心存在次级SMBH。
2017-12-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Chinese Pulsar Timing Array upper limits on microhertz gravitational waves from supermassive black-hole binaries using PSR J1713+0747 FAST data
该研究在中国脉冲星计时阵列项目中，利用FAST对PSR J1713+5307的观测数据，推导了10⁻⁷至3×10⁻⁶Hz微赫兹频段内超大质量黑洞双星引力波应变上限，填补了该高频段研究空白。
2025-02-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Direct determination of supermassive black hole properties with gravitational-wave radiation from surrounding stellar-mass black hole binaries
相当数量的恒星质量黑洞（BH）双星可能在星系核或周围的气体盘中合并。利用空间引力波观测站，我们可以使用这样的双星作为信号载体来探测由中心超大质量黑洞（SMBH）引起的调制，这进一步允许我们对SMBH的性质进行限制。我们特别表明，德西特进动的内部恒星质量的二进制的轨道角动量（AM）周围的外轨道的AM将是可检测的，如果进动周期是可比的观测时间，通常是几年。一旦探测到，进动可以与外轨道运动产生的多普勒频移相结合，以单独确定SMBH的质量和外轨道间隔，每一个都具有100级的精度。如果我们进一步假设由星载和地基探测器联合探测，则可探测性阈值可扩展到约100年的岁差周期。
2020-12-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Dynamics and spin alignment in massive, gravito-turbulent circumbinary discs around supermassive black hole binaries
本研究通过3D流体动力学模拟探究超大质量黑洞双星周围环双星盘的动力学与自旋演化，发现双星均会收缩且无次级黑洞优先吸积，导致引力波背景较弱，但自旋对齐速度快于双星旋近时标。
2024-09-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing Boson Clouds with Supermassive Black Hole Binaries
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；School of Physics Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Center for High Energy Physics, Peking University（北京大学高能物理中心）
本文研究了超大质量黑洞双星中玻色子云的探测方法，探讨了轨道演化与电离效应的关系。
2026-02-06 astro-ph.HE hep-ph
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
Enhanced X-ray emission from candidate Lyman continuum emitting galaxies
X射线二进制可能通过实现莱曼连续谱逃逸而帮助早期宇宙重新电离。利用钱德拉X射线观测资料，分析了一组8个由蓝色和弱发射线确定的潜在莱曼泄漏星系。其中五个星系具有X射线源，而三个星系在X射线中没有明显的探测到。发现了星系和X射线源的X射线光度。其中四个星系的X射线光度比根据恒星形成率和金属丰度所预期的要高。发现星系内探测到的X射线源的存在与从近紫外通量估计的恒星形成率与从红外通量估计的恒星形成率的比率相关。这意味着在具有X射线源的星系中，由于尘埃而导致的遮蔽减少。这些结果支持了X射线双星可能是再电离过程的重要组成部分的观点。
2019-06-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Interruption of Tidal Disruption Flares By Supermassive Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星是星系合并的产物，在验证λ冷暗物质宇宙学和定位引力波辐射源方面具有重要意义。星系核中SMBHB的独特电磁特征对于识别从红外波段到X射线波段的观测中的双星是必不可少的。近年来，由超大质量黑洞（SMBH）对邻近恒星的潮汐扰动引起的光学、紫外和X射线耀斑已被成功地用于观测探测正常星系中的单个SMBH。在这封信中，我们调查吸积的气体碎片的潮汐破坏恒星的SMBHB。利用三体系统的稳定性分析和数值散射实验，我们表明，恒星碎片气体的吸积，它最初随时间$\propto t^{-5/3}$衰减，将停止在一个时间$T_{\rm tr} \simeq ηT_{\rm b}$。这里，$η\sim0.25$和$T_{\rm b}$是SMBHB的轨道周期。在中断一段时间后，吸积在时间$T_{\rm r} \simeq ξT_b$离散地重现，其中$ξ\sim 1$。$η$和$ξ$敏感地依赖于潮汐扰动星在潮汐半径处的轨道参数和SMBHB的轨道偏心率。恒星碎片气体的中断吸积引起中断的潮汐耀斑，这可以用来确定SMBHB在非活动星系在即将到来的瞬态调查。
2009-11-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Tidal disruption events from supermassive black hole binaries
研究了超大质量黑洞（SMBH）双星对恒星的潮汐扰动的扰动前引力动力学和扰动后流体动力学。我们专注于相对较低的质量原色（$10^6M_{\odot}$），中等质量比，分离与合理的长引力波inspiral时间（几十万年）。首先，我们产生一个大的合奏（1和10万之间）的限制三体积分，以量化的统计特性的潮汐中断圆形SMBH二进制初始未绑定的恒星。与单个SMBH破坏的参考情况相比，二元势在破坏点处引起恒星的比能量和角动量的显着变化。第二，我们使用牛顿数值流体力学研究的详细演变的后备碎片从120个中断随机选择的三体合奏（不包括最深的穿透遇到）。我们发现，碎片的整体形态被大大改变的存在下的第二个黑洞，吸积率的历史显示了广泛的行为，包括数量级下降和过剩的控制模拟，其中只包括一个黑洞。在某些情况下，复杂的演化持续了双星的许多轨道周期。我们在与双轨道周期相关的时间尺度上的吸积曲线中找到了功率的证据，尽管没有确切的周期性。我们讨论了我们的研究结果在未来的宽场调查的背景下，并评论的前景，确定和表征的事件发生在核与二进制SMBHs的子集。
2016-11-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detecting Supermassive Black Hole-Induced Binary Eccentricity Oscillations with LISA
星系核中的超大质量黑洞附近的恒星质量黑洞双星在引力扰动的作用下发生离心率振荡。以前的工作已经表明，这个通道可以有助于整体BHB合并率检测的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和处女座干涉仪。值得注意的是，双星轨道上的SMBH引力扰动可能会产生偏心BHB，预计在它们合并到LIGO/Virgo波段之前，使用即将到来的激光干涉仪空间天线（LISA）在其寿命的大部分时间内都可以看到这些BHB。对于一个概念验证，我们表明，这些二进制的偏心率振荡可以检测到与LISA的BHB在本地宇宙中的几个Mpcs，观察周期短于任务的寿命，从而解开这个合并通道从其他。这里提出的方法是直接适用于各种各样的紧凑对象二进制与第三同伴。
2019-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Astrophysical Population Coordinates for Supermassive Black Hole Binaries in Pulsar Timing Array Inference
State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Xinjiang Astronomical Observatory, CAS（中国科学院新疆天文台射电天文与技术重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）；Xinjiang Key Laboratory of Radio Astrophysics（新疆射电天体物理学重点实验室）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
该研究利用脉冲星计时阵列通过纳赫兹引力波背景探测超大质量黑洞双星群体物理，构建唯象前向模型，约束三个标准化群体坐标β、有效φ、有效m，量化了脉冲星计时阵列摘要的相对敏感性，且附近群体实现保留大量后验重叠。
2026-07-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detecting eccentric supermassive black hole binaries with pulsar timing arrays: Resolvable source strategies
作为寻找最后秒差距问题解决方案的一部分，超大质量黑洞双星和它们在星系核内的环境之间的耦合已经得到了很好的研究。双星对恒星的散射或与环双星盘的相互作用可以有效地驱动系统达到亚秒差距的分离，使双星进入一个引力波的发射可以驱动它在哈勃时间内合并的状态。然而，这些相互作用也会影响双星的轨道参数。特别是，它们可能会导致双星偏心率的增加，直到系统的引力波信号进入脉冲星定时阵列波段。因此，如果我们可以从观测信号中测量偏心率，我们就可以潜在地推断出双星环境的一些性质。为此，我们建立在以前的技术，提出了一个一般的贝叶斯管道，我们可以检测和估计参数的偏心超大质量黑洞二进制系统与脉冲星定时阵列。此外，我们概括了脉冲星定时阵列$\mathcal{F}_e$ -统计偏心系统，并表明，这种统计和贝叶斯管道是强大的，当研究圆形或任意偏心系统。我们探讨了偏心率如何影响单个引力波源的检测前景，以及采用圆形波形模板搜索偏心信号所产生的检测惩罚，并通过确定未来研究的重要途径得出结论。
2015-12-04 astro-ph.HE gr-qc
High-energy signatures of binary systems of supermassive black holes
上下文由超大质量黑洞组成的双星系统在合并之前被认为是长引力波的强源。这些系统是用即将到来的空间探测器进行观测的良好候选系统。然而，迄今为止，只有少数这些系统得到了确定。目的。我们的目的是提供一个标准的基础上的高能量发射的相对论性喷流发射的两个黑洞中最大的质量的特点，一些超大质量黑洞双星的识别。方法.我们研究了超大质量黑洞双星，其中质量较小的黑洞在环双星盘上刻了一个环形间隙，但仍然有一个稳定的质量流穿过它的轨道。在某些区域，这样的扰动盘比标准的薄盘更热，更亮。假设喷流中含有相对论性电子，我们计算了其宽带谱能量分布，重点是盘光子的逆康普顿上散射。我们还计算了不透明度的伽玛射线在射流中产生的光子湮灭与磁盘辐射，并考虑到从射流中看到的目标光子场的各向异性的影响。结果我们发现，过量的低能量光子辐射的扰动盘导致的增量在外部康普顿发射的射流在X射线波段，和深吸收功能的能量为几十TeV的一些参数。根据我们的研究结果，切伦科夫望远镜的观测可能有助于识别超大质量黑洞双星，特别是那些拥有太阳质量从数千万到数亿的原色的黑洞双星。
2016-02-25 astro-ph.HE gr-qc
Final stage of merging binaries of supermassive black holes: observational signatures
人们对双超大质量黑洞（SMBH）的兴趣越来越大，但在观测中，分离小于~1光日（10^8 Msun的引力半径为~10^2）的合并双星在引力波的控制下迅速演化，是难以捉摸的。在本文中，我们讨论了三个区域的组成SMBH周围的迷你盘的命运：1）低速率（对流主导吸积流（ADAF）），2）中等速率，3）超爱丁顿吸积率。具有中间速率的微型盘通过热电晕的热传导进行蒸发，形成混合径向结构。当双星轨道周期小于蒸发小圆盘的声传播时间尺度时，由于圆盘将被高度扭曲而被破坏，因此出现了一种新的不稳定性，称为声不稳定性。我们证明了小圆盘的声不稳定性与A_{crit} ~10^2 Rg的临界分离，并且腔中充满了热气体。对于这些二进制，组件SMBH的吸积与邦迪模式的ADAF制度，显示周期性的变化所造成的多普勒增强效应的无线电从ADAF由于轨道运动。与此同时，环双星盘（CBD）仍然没有足够的热（紫外赤字）来产生光子来吸收气体以获得宽发射线。当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，而当CBD吸积速率极高时，Mg Ⅱ线出现，CIV线出现。此外，如果CBD与二元平面不对准，则预期具有约十倍射电周期的光学周期变化。
2022-11-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Likelihood for Detection of Sub-parsec Supermassive Black Hole Binaries in Spectroscopic Surveys
出于观测搜索亚秒差距超大质量黑洞二进制文件（SBHBS），我们开发了一个模块化的分析模型，以确定正在进行的光谱调查检测SBHBS的可能性。该模型结合了参数化率的轨道演化的SBHB在circumbinary磁盘与光谱调查的选择效果，并返回一个多变量的可能性SBHB检测。基于这个模型，我们发现，为了发展到检测窗口的光谱搜索从更大的分离在小于哈勃时间，$10^8M_\odot$ SBHBs必须，平均而言，经历角动量传输速度比所提供的磁盘吸积率$0.06\,\dot{M}_E$。每年观测一次的光谱搜索原则上对轨道间隔为$< {\rm few}\times 10^4\, r_g$的双星很敏感（$r_g = GM/c^2$和$M$是双星的质量），在这个范围内，每一个SBHB都应该有超过200个引力束缚系统，它们具有类似的性质，但间隔更大。此外，如果在这个分离范围内的所有SBHB的光谱都显示出光谱搜索所使用的类似活动星系核的发射线，那么投影因子意味着每个观测到的$10^8M_\odot$ SBHB都有五个未检测到的双星，它们的质量比为$0.3$，轨道分离为$10^4\,r_g$（如果SBHB的某些部分是不活跃的，则会有更多）。这个模型可以用来推断最有可能的轨道参数观测到的SBHB候选人，并提供限制的SBHB的轨道演化率，如果观察到的候选人被证明是真正的二进制。
2018-06-07 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
