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
Host Galaxy Demographics Of Individually Detectable Supermassive Black-hole Binaries with Pulsar Timing Arrays
本研究基于Illustris模拟和半解析模型，分析了脉冲星计时阵列可探测超大质量黑洞双星的宿主星系特征，发现可探测系统宿主多为更亮、更红且金属丰度更高的大型椭圆星系，有助于制定后续电磁搜索策略。
2025-01-26 astro-ph.GA gr-qc
Pulsar Timing Array Constraints on the Merger Timescale of Subparsec Supermassive Black Hole Binary Candidates
我们估计合并时间尺度的光谱选择，subparsec的超大质量黑洞二进制（SMBHB）候选人通过比较他们的预期贡献的引力波背景（GWB）与当前脉冲星定时阵列（PTA）实验的灵敏度，特别是最新的上限由北美纳赫兹天文台放置的引力波（NANOGrav）。我们发现，这样的SMBHB合并的平均时间尺度是$\langle t_{\rm evol} \rangle > 6\times 10^4\,$年，假设它们的轨道演化在PTA频段是由发射的引力波。如果一部分SMBHB不存在于光谱探测到的活动星系中，并且它们在活动星系和非活动星系中的发生率相似，那么合并的时间尺度可能是$\sim 10$倍，$\langle t_{\rm evol} \rangle > 6\times 10^5\,$ yr。这些限制与理论模型预测的时间尺度范围是一致的，这意味着我们的光谱样本中的所有SMBHB候选者都可能是二进制的，而不会违反对GWB的观测约束。这一结果说明了多信使方法的力量，促进了PTA，在电磁搜索中发现的SMBHB候选人的性质提供了一个独立的统计测试。
2020-10-09 astro-ph.GA 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
The GLEAMing of the First Supermassive Black Holes
我们提出了一种新的选择技术，以确定强大的（$L_{\rm 500\,MHz}>10^{27}\,$ WHz $^{-1}$）射电星系走向再电离时代结束的结果。我们的方法是基于选择明亮的射电源显示无线电频谱曲率在最低频率（$\sim 100\,$ MHz）结合传统的昏暗$K-$波段高红移星系。这项技术是唯一可能的感谢银河系和银河系外的全天空默奇森宽场阵列（GLEAM）调查，为我们提供了20个通量测量整个$70-230\,$ MHz范围。对于这个试点项目，我们专注于GAMA 09领域，以展示我们的技术。我们目前的结果，我们的后续活动与甚大望远镜，澳大利亚望远镜紧凑阵列和阿塔卡马大型毫米阵列（ALMA），以定位主星系，并确定其红移。我们的四个候选高红移源，我们发现两个强大的无线电星系的$1<z<3$范围内，确认一个在$z=5.55$和提出一个非常试探性的$z=10.15$候选人。它们的近红外和射电特性表明，我们优先选择了一些最具射电发光的天体，这些天体由与$1<z<5$的强大射电星系非常相似的大质量星系所拥有。我们在$z>5.5$寻找强大射电星系的新选择和后续技术具有很高的$25-50\%$成功率。
2021-11-15 astro-ph.GA
Exploring Proxies for the Supermassive Black Hole Mass Function: Implications for Pulsar Timing Arrays
本文提出从速度弥散函数而非恒星质量函数推断SMBH质量函数，以改进双SMBH族群和GWB预测，并分析其对PTA探测可分辨源的影响。
2023-06-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
On using inspiralling supermassive binary black holes in the PTA frequency band as standard sirens to constrain dark energy
银河系中心的超大质量双星黑洞（SMBBH）可能辐射出纳赫兹频段的引力波（GW），脉冲星计时阵列（PTA）有望在不久的将来探测到这些引力波。来自宇宙距离上单个SMBBH的GW信号，如果被PTA探测到，可能是强大的标准警报器，可用于独立测量距离，从而限制宇宙学参数。在本文中，我们调查的约束，可能会获得的状态方程（$w$）的暗能量通过使用这些SMBBH，预计将被发现的PTA在平方公里阵列（SKA）时代。通过考虑目前可用的SMBBH候选人和模拟SMBBH在宇宙中产生一个简单的星系主要合并模型，我们发现，$\sim 200$ $3000$ SMBBH与啁啾质量$>10^9M_\odot$预计将被检测到的信号噪声比$>10$的SKA-PTA与保守和乐观的设置，他们可以用来把一个约束$w$的不确定性$Δw\sim 0.02-0.1$。如果可以通过电磁观测提供关于这些SMBBH的质量和质量比的进一步信息（例如，啁啾质量不确定性$\lesssim 50\%$），该约束可以进一步改进到$\lesssim 0.01$水平，因为更多的SMBBH将被SKA-PTA以相对更好的距离测量检测到，并且可以用作标准警报器。
2019-12-10 astro-ph.GA
Pulsar timing array detections of supermassive binary black holes: implications from the detected common process signal and beyond
本文利用脉冲星计时阵列探测到的共同过程信号，约束超大质量双黑洞种群模型，并评估当前及未来PTA对引力波背景和单个源的探测前景，发现标度关系需调整，未来探测可强约束模型。
2023-06-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
High-velocity OH megamasers in IRAS 20100-4156: Evidence for a Supermassive Black Hole
我们报告了在IRAS 20100-4156中发现的OH超脉泽的新的高速窄线组件。来自澳大利亚平方公里阵列探路者（ASKAP）的布尔迪工程测试阵列（BETA）和澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）的结果提供了两个独立的测量OH超脉泽光谱。除了先前已知的谱线外，我们还从星系的系统速度中发现了在$-$ 409和$-$ 562 km/s（蓝移）处存在OH超脉泽团块的证据。IRAS 20100 $-$ 4156的分子发射中存在如此高的速度可以用一个约50 pc的分子环来解释，该分子环包围着一个约38亿太阳质量的黑洞。我们还讨论了两种可能的方案，即窄线脉泽与活动星系核驱动的风动力学耦合或与两个独立的星系核相关联。BETA和ATCA光谱之间的比较为ASKAP的BETA提供了另一个科学验证。我们的数据，结合以前的测量源，使我们能够研究的变化源超过26年的时间。在1988年至2015年期间，最明亮的OH脉泽组件的通量密度减少了两倍以上，而次级窄线组件在同一时间内增加了一倍以上。高分辨率VLBI后续计划的这个来源进行了讨论，作为ASKAP早期科学计划期间发现新的OH超脉泽的前景。
2016-04-26 astro-ph.GA
Discovering new forces with gravitational waves from supermassive black holes
超大质量黑洞双星合并产生的随机引力波背景可被脉冲星定时阵列探测到。虽然这种背景的振幅受到很大的不确定性的影响，但频率依赖性是广义相对论的一个可靠预测。我们表明，新的力量超出了标准模型的影响，可以修改这一预测，并引入独特的功能到频谱形状。特别是，我们考虑的可能性，黑洞在二进制下的一个新的远程力充电，我们发现脉冲星定时阵列能够稳健地检测到这样的力量。超大质量黑洞及其环境可以由于高能粒子的产生或暗区相互作用而获得电荷，这使得光谱形状的测量成为基础物理学的有力测试。
2021-10-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A Review of How Supermassive Black Hole Binaries Can Be Detected and Characterized through Gravitational Lensing of Background Stars
Air Force Institute of Technology（空军理工学院）
本文综述超大质量黑洞双星的引力透镜探测方法，涵盖两种透镜通道，提出QPLS机制，预测相关双星数量，展望其在多信使天文学及LSST时代的应用，为亚秒差距演化阶段的黑洞双星观测提供补充手段。
2026-08-04 astro-ph.GA
Pulsar timing array signals induced by black hole binaries in relativistic eccentric orbits
非圆轨道上的单个超大质量黑洞双星可能是快速成熟的脉冲星定时阵列实验的纳赫兹引力波源。我们发展了一种精确有效的方法来计算脉冲星定时阵列信号，由于引力波从吸入相对论偏心轨道的超大质量黑洞双星。我们的方法采用开普勒型参数解模型的第三后牛顿精确进动偏心轨道，而一个新的半解析处方提供了模型的四极阶引力波发射的影响。这些输入导致一个半解析的处方来模拟这样的信号，引起的非自旋黑洞二进制沿任意偏心率轨道螺旋。此外，我们提供了一个完整的分析处方模型脉冲星定时阵列信号从黑洞二进制沿适度偏心轨道吸气，Boetzelet等人的影响。[Phys. Rev. D 96，044011（2017）]。这些方法正在被纳入企业和TEMPO 2搜索脉冲星定时阵列数据集中存在这样的二进制文件。
2020-02-26 astro-ph.GA gr-qc
Science with an ngVLA: Precision Gas-dynamical Mass Measurement of Supermassive Black Holes with the ngVLA
在ALMA时代，对环核气体盘的发射线观测已经开始解决超大质量黑洞（BH）附近的分子气体示踪剂运动学，从而在最佳情况下实现高精度的质量测定。ngVLA能够在115 GHz对附近星系的CO（1-0）跃迁进行极高的空间分辨率成像。此外，它的高（预期）发射线灵敏度表明，该阵列可以产生基准BH质量测量。我们讨论了从最近的ALMA数据集的气体动力学建模的经验教训，并比较ALMA和ngVLA CO模拟的动态冷盘。虽然只有一小部分局部星系可能拥有足够明亮，规则旋转的核分子气体，在这种情况下，ngVLA预计将更有效地解决这种发射产生的预计50-100质量从中央BH。
2018-10-15 astro-ph.GA
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
The Era of Binary Supermassive Black Holes: Coordination of Nanohertz-Frequency Gravitational-Wave Follow-up
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Penn State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）
本文探讨了通过脉冲星计时阵列检测超大质量黑洞双星的电磁波对应物搜索策略，提出多信使后续策略的发展方向。
2025-12-17 astro-ph.GA gr-qc
Constraining the coalescence rate of supermassive black-hole binaries using pulsar timing
脉冲星定时观测被用来限制超大质量黑洞（SMBH）双星的合并率作为质量和红移的函数。与其他技术的间接约束相反，脉冲星定时观测提供了对黑洞合并率的直接约束。这是可能的，因为脉冲星计时对这些源在演化的最后阶段发射的引力波（GW）很敏感。我们发现，从最近发表的帕克斯脉冲星定时阵列数据计算的上限是略高于理论预测的红移低于10。在未来，随着时间精度的提高和更长的数据跨度，我们表明，GWs的非检测将排除某些特定类别的SMBH二进制合并模型中的可用参数空间。我们还表明，如果我们可以定时一组的时间到10纳秒的定时精度，例如，使用拟议的平方公里阵列，它应该是可能的，以检测一个或多个单独的SMBH二进制系统。
2011-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the origin of the nanohertz gravitational-wave background by pulsar timing array observations of both the background and individual supermassive binary black holes
本研究利用BBH种群合成模型，探讨CPTA对单个超大质量双黑洞的探测概率，并通过对GWB和单个BBHs的观测约束纳赫兹引力波背景的起源。
2024-09-26 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Measuring Mass Accretion Rate onto the Supermassive Black Hole in M 87 Using Faraday Rotation Measure with the Submillimeter Array
本文给出了M 87原子核在亚毫米波段法拉第旋转测度的第一个约束。通过拟合SMA在$\sim$ 230 GHz附近的四个独立频率下观测到的偏振位置角（$χ$），并将$χ$的变化解释为与吸积流相关的\emph{external}法拉第旋转的结果，我们确定M 87核心的旋转测量值介于$-$ 7.5 $\times$ 10 $^{5}$和3.4 $\times$ 10 $^{5}$ rad/m $^{2}$之间。假设吸积流的密度分布遵循幂律分布，磁场是有序的、径向的且具有均分强度，则旋转测量的限制将质量吸积率$\dot{M}$限制在9.2 $\times$ 10 $^{-4}$ M $_{\odot}$ ~yr $^{-1}$距离中心黑洞21 Schwarzchild半径。这个值是至少两个数量级小于邦迪吸积率，这表明吸积流的内部区域的吸积率显着抑制。因此，我们的结果不赞成经典的\emph{advection dominated accretion flow}（ADAF），而更喜欢\emph{adiabatic inflow-outflow solution}（ADIOS）或\emph{convection-dominated accretion flow}（CCENTRAL）的热吸积流在M 87。
2014-02-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Compact Symmetric Objects and Supermassive Binary Black Holes in the VLBA Imaging and Polarimetry Survey
我们提出了多频甚长基线阵列（VLBA）的后续观测VLBA成像和偏振测量调查源确定为可能的紧凑对称对象（CSO）或超大质量二元黑洞（SBBH）。我们还提出了新的光谱红移的11个源观察到的霍比-埃伯利望远镜。虽然没有新的SBBH可以从这些观察中得到证实，但我们已经在样本中确定了24个CSO，其中15个是新指定的，并驳斥了52个候选人，留下33个未经证实的候选人。这是第一个大的统一样本的民间社会组织，可以用来引出这些来源的一些一般属性，包括形态演变和环境相互作用。我们已经检测到偏振发射，其中两个CSO的属性是一致的活动星系核统一计划。
2016-03-09 astro-ph.GA
Science with an ngVLA: Local Constraints on Supermassive Black Hole Seeds
确定第一个超大质量黑洞的形成和生长机制是河外天体物理学的首要任务之一。观测线索可以从附近低质量星系中大质量黑洞（太阳质量在1万到100万之间）的人口统计中推断出来。下一代甚大阵列（ngVLA）科学书的这一章描述了ngVLA如何在开发低质量星系（接近1 Gpc）中弱吸积活动星系核的大型样本中发挥突出作用，这将有助于限制最初播种超大质量黑洞生长的对象类型。
2018-10-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Local Nanohertz Gravitational-Wave Landscape From Supermassive Black Hole Binaries
超大质量黑洞双星（SMBHB）在1000万到100亿$M_\odot$范围内形成于星系合并中，并生活在气体和恒星浓度大且约束不佳的星系核中。目前还没有观察到合并SMBHB-事实上，它们可能在最后的分离秒差距处停止，永远不会合并。虽然LIGO探测到了高频GW，但SMBHB发射的GW在纳赫兹到毫赫兹波段。地面干涉仪无法做到这一点，但脉冲星定时阵列（PTA）可以做到。利用2微米全天空巡天中的本地星系数据，以及来自Illustris的星系合并率，我们发现平均有$91\pm7$源在PTA波段发射GW，而$7\pm2$双星永远不会合并。本地未解决的SMBHB可以在$\sim20\%$的水平上对GW背景各向异性做出贡献，并且如果GW背景可以被成功地隔离，则可以在10年内检测到来自至少一个本地SMBHB的GW。
2017-08-11 astro-ph.GA
Prospects of resolving and localising individual supermassive black hole binaries with pulsar timing arrays: the host ranking challenge
Washington State University（华盛顿州立大学）；Institute of Astrophysics, FORTH（FORTH天体物理研究所）；Vanderbilt University（范德堡大学）；Fisk University（菲斯克大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Niels Bohr International Academy, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）
本研究模拟与引力波背景一致的双星种群，评估脉冲星计时阵列在未来0-10年内解析和定位单个超大质量黑洞双星的概率，并提出一种基于星系属性与引力波后验一致性的排名系统，以缩小宿主星系候选范围。
2026-05-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
An accreting supermassive black hole irradiating molecular gas in NGC 2110
活动星系核（AGN）对恒星形成的影响对于我们理解超大质量黑洞与其星系之间的关系以及宇宙历史上星系的生长具有重要意义。我们报告了一个高分辨率的多阶段的核环境在附近的塞弗特星系NGC 2110使用阿塔卡马大毫米阵列（ALMA），哈勃和斯皮策太空望远镜，和甚大望远镜/SINFONI的研究。我们确定了一个区域，这是显着弱的低激发CO $2\rightarrow1$发射冷分子气体，但似乎充满了电离和温暖的分子气体，这表明活动星系核是直接影响的性质的分子材料。使用多个分子气体示踪剂，我们证明，尽管缺乏CO线发射，分子气体的表面密度和运动学在整个区域变化平稳。我们的研究结果表明，活动星系核对恒星形成气体的影响可以相当局部化。与广泛持有的理论预期相反，我们发现分子气体对高能活动星系核反馈的强光仍然具有弹性。
2019-03-18 astro-ph.GA
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
Constraints on Black Hole/Host Galaxy Co-evolution and Binary Stalling Using Pulsar Timing Arrays
脉冲星计时阵列现在对来自双超大质量黑洞的引力波背景设置了越来越严格的限制。但是，随着上限越来越受到限制，星系演化又意味着什么呢？我们调查的天体物理参数有最大的影响应变谱预测，并提供了一个简单的框架，直接转换测量值之间的参数的星系演化和PTA限制的引力波背景的二元超大质量黑洞。我们发现，最有影响力的观察是一个主机星系的中央隆起和它的中央黑洞，$\mbox{$ M_{\bullet} $-$ M_{\rm bulge} $}$，这对特征应变振幅的平均值有最大的影响之间的关系。然而，每个预测的方差主要是由星系恒星质量函数的不确定性。使用具有最佳公开PTA限制的此框架，我们可以对$\mbox{$ M_{\bullet} $-$ M_{\rm bulge} $}$关系的形状和分散设置限制。我们发现，我们的限制是在竞争与应变预测使用两个领先的测量这种关系。我们调查了几个可能的原因，这种分歧。如果在引力波背景的简单幂律模型中，我们认为$\mbox{$ M_{\bullet} $-$ M_{\rm bulge} $}$关系式是正确的，那么通过在星系合并和超大质量黑洞演化到亚秒差距尺度之间允许一个额外的“停滞”时间，在这个时间尺度上的下限是$\sim 1-2$ Gyr，这种不一致性是可以调和的。
2016-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dynamical evolution of cosmic supermassive binary black holes and their gravitational wave radiation
我们研究了具有真实性质分布的星系中超大质量双黑洞的演化以及来自这些黑洞宇宙布居的引力波辐射。我们将一个全面的治疗的BBH与他们的环境的动力学相互作用，包括星系三轴形状和内部恒星分布的影响，并产生大量的BBH演化轨迹。通过将这些BBH演化轨迹、星系质量函数、星系合并率以及超大质量黑洞与宿主星系的关系结合到我们的模型中，我们得到了幸存BBH、BBH合并率、它们的GW辐射强度以及宇宙BBH人口贡献的随机GW背景（GWB）的统计分布。在邻近星系中心的超大质量黑洞中，约有1%-3%（或10%）是质量比>1/3（或>1/100）的双星。GWB在1/yr频率下的特征应变幅估计为~ $2.0^{+1.4}_{-0.8}\times 10^{-16}$，在不同的BH-宿主星系关系下得到的结果的上界可达$5.4\times 10^{-16}$，有待未来实验的检验（例如，平方公里阵列，FAST，下一代超大型阵列）。GWB谱的翻转频率在~0.25nHz处。还讨论了上述估计的不确定性和检测单个源的前景。宇宙BBH人口的激光干涉仪空间天线（LISA）波段的应用提供了一个下限BBH的探测率LISA，~0.9/年。
2020-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Masses of Nearby Supermassive Black Holes with Very-Long Baseline Interferometry
迄今为止，动力学质量测量已经可以确定附近一些超大质量黑洞的质量M和距离D。就Sgr A* 而言，这些测量受到质量和距离之间强相关性的限制，尺度大致为M ~ D^2。如果一个超大质量黑洞的吸积流在光学上是薄的，那么未来的甚长基线干涉测量（VLBI）观测将在它的阴影周围成像一个明亮而狭窄的环。在本文中，我们探讨的前景，减少之间的相关性质量和距离相结合的动态测量和VLBI成像的环的Sgr A*。我们估计的信噪比不久的将来VLBI阵列，包括五到六个站，我们模拟测量的质量和距离的Sgr A* 使用预期大小的环图像和现有的恒星星历。我们证明，在这种最好的情况下，VLBI观测在1毫米可以改善质量的误差约2倍，从单独的恒星轨道监测的结果相比。我们确定了额外的不确定性来源，这种成像观测必须考虑。此外，我们计算了其他附近的超大质量黑洞的亮环的角直径，并确定了最佳的目标，除了Sgr A*，可以成像的地面VLBI阵列或未来的空间VLBI任务，允许精细的质量测量。
2012-08-20 astro-ph.CO astro-ph.GA 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
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
Supermassive Black Hole Binary Environments: Effects on the Scaling Laws and Time to Detection for the Stochastic Background
脉冲星计时阵列的主要引力波源之一是由超大质量黑洞双星形成的随机背景。在本文中，我们研究了SMBHB的环境将如何影响PTA的灵敏度，推导出的最佳互相关统计量的信噪比（SNR）的标度律。SMBHB周围的气体和恒星的存在将加速大距离的合并，在低频下耗尽GW随机背景。我们发现，环境的相互作用可能会延迟检测几年或更长时间，这取决于PTA配置和频率的动态演变过渡到由环境影响为主的GW为主。
2016-09-13 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
A Highly Magnetized Twin-Jet Base Pinpoints a Supermassive Black Hole
超大质量黑洞（SMBH）是射电强活动星系核（AGN）中喷流产生的关键。基于Blandford和Znajek的理论模型从克尔黑洞中提取旋转能量，这可能是NGC 1052的情况，以发射这些喷流。这需要$10^3\,$ G到$10^4\,$ G量级的磁场。我们用全球毫米VLBI阵列对AGN NGC 1052的SMBH附近进行了成像，发现了一个明亮而紧凑的中心特征，半径小于1.9光日（100史瓦西半径）。解释这是一个混合的未解决的喷气基地，我们推导出的磁场在1史瓦西半径位于200 G和~80000 G与布兰德福德和Znajek模型一致。
2016-05-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multiple supermassive black hole systems: SKA's future leading role
星系和超大质量黑洞（SMBH）被认为是通过一个层次合并和吸积的过程演化的。通过这种范式，多个SMBH系统预计在宇宙中相对常见。然而，到目前为止，对多个SMBH系统的观测约束很差，其分离度相当于SMBH引力影响范围（<< 1 kpc）。在这一章中，我们将讨论如何深连续观测与SKA将作出领先的贡献，了解多个黑洞系统如何影响星系演化。此外，这些观测将提供约束和理解的随机引力波背景检测脉冲星定时阵列灵敏度带（毫微赫兹-微赫兹）。我们还讨论了如何为指向引力波实验（无法解决VLBI）的目标可能会被发现使用大规模的无线电射流形态，这可以调制的存在下，一个近对二进制SMBH系统。高角分辨率的直接成像、低表面亮度的无线电喷流示踪器和脉冲星定时阵列的组合将使SKA能够从星系维里半径的分离跟踪黑洞双星演化到亚秒差距的水平。这种大动态范围的二进制SMBH分离将确保SKA在这一观测前沿发挥主导作用。
2015-01-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
The Twisted Radio Structure of PSO J334.2028+01.4075, Still a Supermassive Binary Black Hole Candidate
亚秒差距尺度的超大质量双星黑洞是引力波实验的主要目标。它们还提供了关于紧密二元进化和等级结构形成的见解。亚秒差距的BBH不能空间分辨，但间接方法可以识别候选者。在2015年，Liu等人报告了类星体PSO J334.2028+01.4075的光学连续统周期性，估计的质量和静止帧周期表明轨道间隔约为0.006 pc（0.7微弧秒）。类星体的光学周期性的持久性最近在一个扩展的基线上不受欢迎。然而，如果一个射电喷流是从一个亚秒差距的BBH发射的，那么双星的性质可以影响更大尺度上的射电结构。在这里，我们使用甚长基线阵列（VLBA）和卡尔G。Jansky甚大阵（VLA）用于研究由类星体推定的BBH激发的秒差距和千秒差距尺度的发射。我们发现两个VLBA组件分开3.6 MAS（30 PC），初步确定一个VLBA的“核心”，另一个被弹出。VLBA组件有助于一个点状的，时变的VLA源，是跨越8弧秒（66千秒差距）的瓣跨越。我们将PSO J334.2028+01.4075归类为叶主导类星体，尽管在秒差距和千秒差距尺度上其伸长位置角之间有39度的巨大扭曲。通过与3C 207（一个经过充分研究的具有类似罕见扭曲的波瓣主导类星体）进行类比，我们推测PSO J334.2028+01.4075可能会在BBH系统中追踪进动喷流的内锥上方喷射喷流成分。
2017-03-29 astro-ph.GA 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
Two radio cores in GPS J1543-0757: a new dual supermassive black hole system?
本研究通过VLBA和EVN的多频观测，在射电星系J1543-0757中发现投影间距46 mas的双平谱活动核，证实其为双吸积超大质量黑洞系统，为近距双黑洞及引力波源的数量研究提供了新样本。
2024-08-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cospatial Star Formation and Supermassive Black Hole Growth in $z \sim 3$ Galaxies: Evidence for In-situ Co-evolution
本文给出了$z \sim 3$上三个活动星系核（AGN）中超大质量黑洞（SMBH）生长点相对于其宿主中强烈恒星形成区的亚kpc定位。这些活动星系核选自Karl G. Jansky甚大阵（VLA）和Atacama大型毫米/亚毫米阵（ALMA）在HUDF和COSMOS的观测，厘米射电辐射追踪恒星形成和活动星系核，尘埃的亚/毫米辐射追踪几乎纯恒星形成。我们需要无线电发射$\geqslant5\times$比与亚/毫米恒星形成相关的水平更明亮，以确保无线电发射是活动星系核主导的，从而允许活动星系核和恒星形成独立的本地化。在这三个星系中，活动星系核都位于富含气体、高度模糊、强烈的核恒星形成的致密区域内，$R_e = 0.4-1.1$为kpc，平均恒星形成速率为$\simeq100-1200$ $M_\odot$ yr $^{-1}$。如果当前的恒星形成事件在其宿主$\simeq 0.2$ Gyr的恒星质量加倍时间内以这样的速率持续下去，那么新形成的恒星质量将在中心kpc区域内达到$10^{11}$ $M_\odot$的量级，同时与SMBH的显著增长同步。这是一致的图片，在现场银河隆起和SMBH的形成。这项工作证明了VLA和ALMA观测的独特互补性，可以明确地将活动星系核和恒星形成的位置精确到$\simeq30$ mas，对应于$z = 3$的$\simeq 230$ pc。
2018-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Multi-messenger Analysis of Supermassive Black Hole Binaries: The Joint-likelihood Approach
提出联合似然方法同时分析电磁光变曲线和脉冲星计时数据，用于超大质量黑洞双星参数估计，相比单独分析或先验方法，能显著提高总质量和轨道倾角等参数的精度。
2025-10-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Multi-Messenger Gravitational Wave Searches with Pulsar Timing Arrays: Application to 3C66B Using the NANOGrav 11-year Data Set
当星系合并时，其中心的超大质量黑洞可能会形成双星，并在合并过程中发出低频引力辐射。在本文中，我们考虑星系3C66 B，这是第一个多信使搜索的引力波的目标。由于观测到的源的光度和天体测量数据中存在的周期性，理论上它包含一个超大质量黑洞双星。它明显的1.05年轨道周期将使引力波发射直接进入脉冲星的时间带。自从3C66B的第一次脉冲星定时阵列研究以来，已经公布了源的修订模型，并且定时阵列的灵敏度和技术已经显着改善。有了这些进展，我们进一步限制啁啾质量的潜在超大质量黑洞二进制在3C66 B小于$(1.65\pm0.02) \times 10^9~{M_\odot}$使用的数据从NANOGrav 11年的数据集。该上限提供了比先前限制提高1.6倍的因子，以及比完成的第一次搜索提高4.3倍的因子。尽管如此，最新的轨道模型的来源仍然是符合我们的限制脉冲星定时阵列数据。此外，我们能够量化的改进所取得的列入源属性收集电磁数据的“盲”脉冲星定时阵列搜索。利用这些方法，很明显，它是不必要的，以获得有意义的天体物理推论，以获得确切的先验知识的周期的一个双。
2020-08-12 astro-ph.GA astro-ph.IM
Effects of dark dipole radiation on eccentric supermassive black hole binary inspirals
School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学天文与空间科学学院）；School of Physics, Nanjing University（南京大学物理学院）
本文研究了暗偶极辐射如何通过加速超大质量黑洞双星并合，扩展其质量范围，并分析了其对低频引力波背景谱的影响。
2026-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Targeted search for eccentric supermassive binary black holes in OJ 287 and nearby galaxy clusters with PPTA DR3
Institute for Frontier in Astronomy and Astrophysics & Faculty of Arts and Sciences, Beijing Normal University（北京师范大学前沿天文与天体物理研究所及文理学院）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；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））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；ARC Centre for Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)（ARC引力波发现卓越中心（OzGrav））；Australia Telescope National Facility, CSIRO, Space & Astronomy（澳大利亚望远镜国家设施，CSIRO空间与天文部）；School of Physics, University of Melbourne（墨尔本大学物理学院）；Center for Gravitation, Cosmology and Astrophysics, Department of Physics, University of Wisconsin–Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校物理系引力、宇宙学与天体物理中心）
利用PPTA DR3数据对OJ 287及五个邻近星系团中的偏心超大质量双黑洞连续引力波进行贝叶斯定向搜索，排除了潜在双黑洞的存在，并对M87和NGC 4889等星系的双黑洞质量比进行了新约束。
2026-04-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Central Cluster Galaxies: A Hotspot for Detectable Gravitational Waves from Black Hole Mergers
本研究基于 ASTRID 模拟的大质量黑洞并合种群，发现位于星系团中心、质量极大的星系内发生的黑洞并合是 PTA 最易探测的连续引力波源，并揭示了其伴随的电磁特征，为多信使搜索提供指导。
2025-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on individual supermassive binary black holes using observations of PSR J1909-3744
利用Parkes射电望远镜对脉冲星PSR J 1909 $-$ 3744的长期定时观测，对几个超大质量双星黑洞候选者（NGC 5548，Mrk 231，OJ 287，PG 1302-102，NGC 4151，Ark 120和3C 66 B）的引力波进行了搜寻.我们限制了这些SMBBH候选者的啁啾质量，发现NGC 5548和3C 66 B的啁啾质量分别小于$2.4 \times 10^9\,\rm M_{\odot}$和$2.5 \times 10^9\,\rm M_{\odot}$（95%置信度）。我们的上限仍然是3至370倍以上的可能啁啾质量为这些候选人估计从其他方法。这里处理的观测提供了GW应变幅度的上限，该上限比第一次Parkes脉冲星定时阵列数据发布的结果提高了2到7倍。我们研究如何信息的轨道参数可以帮助提高搜索灵敏度为个人SMBBH系统。最后，我们表明，这些限制是不敏感的太阳系星历模型中的不确定性。
2020-01-13 astro-ph.GA astro-ph.IM
First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation
事件视界望远镜（EHT）是一个甚长基线干涉测量（VLBI）阵列，由毫米和亚毫米波长望远镜组成，它们之间的距离相当于地球的直径。在~1.3 mm的标称工作波长下，EHT角分辨率（lambda/D）为~25微-as，这足以在对应于其事件视界的空间和时间尺度上分辨附近的超大质量黑洞候选者。有了这种能力，EHT的科学目标是探测强场区的广义相对论效应，并研究黑洞边界附近的吸积和相对论性喷流形成。在这封信中，我们描述了EHT的系统设计，详细说明了技术和仪器，使观测，并提供其性能的措施。满足EHT科学目标需要几个关键的发展，促进了VLBI技术的强大扩展到EHT观测波长和生产的仪器，可以部署在现有的望远镜和设施的异构阵列。为了满足灵敏度的要求，高带宽的数字系统被开发，处理数据的速率为64千兆位/秒，超过目前运行的厘米波长VLBI阵列的数量级以上。相关的改进包括在阵列设施开发定相系统，在几个地点安装新的接收器，以及部署氢脉泽频率标准，以确保整个阵列的数据采集一致。这些努力导致了2017年4月第一次全球EHT观测的协调和执行，以及M87中超大质量黑洞候选者的事件视界尺度成像。
2019-06-26 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Probing the Shadow Image of the Sagittarius A* with Event Horizon Telescope
最近对银河系中心不同频率的观测表明，这是一个超大质量的致密天体。一般来说，超大质量致密天体被认为是一个“黑洞”，拥有超过400万个太阳质量。在这项工作中，我们研究了观测出现在$230$ GHz和探测的性质人马座-A *（Sgr A*）的裸奇点。本文考虑了爱因斯坦场方程的第一类各向异性流体解Joshi-Malafarina-Narayan（JMN-1）和Janis-Newman-Winicour（JNW）裸奇点时空.受辐射低效吸积流（RIAF）的启发，我们使用一个发射和吸收系数的解析模型来求解广义相对论辐射转移方程。由此产生的排放，然后利用合成甚长基线干涉（VLBI）从当前和未来的事件视界望远镜（EHT）阵列的图像来预测Sgr A* 的性质。三种不同的EHT阵列配置被用来模拟裸奇点和黑洞的模型。这可能对基线的影响很小，但它会增加u-v平面网格，使其能够捕获更好的分辨率图像。因此，对于即将到来的Sgr A* 的阴影图像来说，预测它是超大质量黑洞还是裸奇点是相当有趣和有用的。
2022-01-29 astro-ph.GA gr-qc
Diffractive lensing of nano-Hertz gravitational waves emitted from supermassive binary black holes by intervening galaxies
本文研究居间星系对超大质量双黑洞纳赫兹连续引力波的衍射透镜效应，量化振幅、相位变化及CPTA与SKA-PTA的可探测数量，并探讨电磁识别途径。
2023-07-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
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
How frequent are close supermassive binary black holes in powerful jet sources?
超大质量黑洞双星可能会被即将到来的一系列引力波实验探测到。它们的双星性质也可以通过射电喷流通过轨道运动驱动的短周期岁差以及通常较长周期的大地岁差来揭示。我们调查了卡尔·G。强喷流源的Jansky甚大阵列（VLA）和MERLIN射电图，作为大地岁差的形态学证据。对于可能是研究得最好的来源，天鹅座A，我们发现了大地岁差的强有力证据。投影效应可以增强岁差的功能，我们发现在强烈的投影源的迹象。对于33个3CR射电源的完整样本，我们在24例（73%）中找到了强有力的证据。射电图的形态学表明，岁差周期在10^6 - 10^7年的量级。我们认为不同的解释形态特征，并得出结论，大地岁差是最好的解释。在强大耀变体样本中经常观察到的喷流角度逐渐变化可以用轨道运动来解释。这两个观测结果可以同时解释，假设一个强大的无线电源的一个高比例的sub-parsec的超大质量黑洞二进制文件。我们考虑补充的证据，并讨论如果任何喷射的超大质量黑洞与一些迹象的岁差可以检测到个人的引力波源在不久的将来。这似乎不太可能，除了M87可能例外。
2018-09-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Scattering of wave dark matter by supermassive black holes
本文从第一性原理推导了双黑洞周围波动暗物质的共转密度轮廓，指出其源于束缚态共振散射，并证明该过程能改变脉冲星计时阵列谱斜率，为通过低频引力波观测暗物质提供了新途径。
2025-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
An all-sky search for continuous gravitational waves in the Parkes Pulsar Timing Array data set
我们提出了一个全天空的搜索结果的帕克斯脉冲星定时阵列（PPTA）数据发布1数据集的连续引力波（GW）的频率范围从$5\times 10^{-9}$到$2\times 10^{-7}$赫兹。这种信号可能是由个别超大质量双黑洞系统在合并的早期阶段产生的。我们相位的脉冲星定时阵列数据集形成，为天空上的每个位置，两个数据流，对应于两个GW极化，然后进行最佳的搜索GW信号对这些数据流。由于没有检测到统计学上显著的GW，我们对GW频率范围内的固有GW应变幅度$h_0$设置上限。例如，在$10^{-8}$ Hz下，我们的分析以$95\%$置信度排除了$h_0\geqslant 1.7\times 10^{-14}$信号的存在。我们的新限值比Yardley等人（2010）基于早期PPTA数据集的限值严格约4倍，比最近Arzoumanian等人（2014）论文中报告的限值好2倍。我们还提出PPTA方向灵敏度曲线，并发现，对于天空中最敏感的区域，目前的数据集是敏感的GWs从圆形超大质量的二元黑洞与啁啾质量的$10^{9} M_{\odot}$了约100 Mpc的光度距离。最后，我们设置了一个上限的$4 \times 10^{-3} {\rm{Mpc}}^{-3} {\rm{Gyr}}^{-1}$在$95\%$的置信度附近（$z \lesssim 0.1$）超大质量的双黑洞在圆轨道与啁啾质量$10^{1…
2014-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Supermassive Primordial Black Holes from a Catalyzed Dark Phase Transition for Little Red Dots
Beihang University（北京航空航天大学）；Peking University（北京大学）；Boston University（波士顿大学）；Harvard University（哈佛大学）
本文提出通过催化暗相变产生超大质量原初黑洞，解释小红点的形成，避免了传统相变模型的矛盾，并预测了低频引力波背景。
2026-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
From Megaparsecs To Milliparsecs: Galaxy Evolution & Supermassive Black Holes with NANOGrav and the ngVLA
超大质量黑洞双星系统的动力学演化在大尺度上与大质量星系的合并速率有关，在小尺度上与星系核的恒星和气体环境有关。这些系统的人口将创建一个纳赫兹频率的整体引力波信号，可以被脉冲星定时阵列（PTA）检测到，例如北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）。通过测量纳赫兹引力波，我们将能够明确地证明，超大质量黑洞二进制达到毫秒差距的分离，表征其次秒差距的动力学演化，约束膨胀和中央黑洞质量之间的标度关系，并了解如何在大尺度的气体流入到中央星系区域。ngVLA将是这个搜索的一个重要补充;它的目标分辨率将允许区分双重活动星系核，给出可以约束PTA搜索的合并率估计。如果增加洲际VLBI能力，那么秒差距尺度的二进制演变的分辨率可能是可能的，表明是否二进制失速或有效地驱动到子秒差距的分离。NANOGrav引力波分析与ngVLA和补充设施的观测相结合，将描绘出星系演化和宇宙中最大黑洞动力学的多信使画像。
2018-08-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
