One-dimensional linear analysis and numerical simulations of Alfven waves in a force-free magnetosphere around a Kerr black hole
本研究通过一维线性分析与数值模拟，探究克尔黑洞周围无力磁层中阿尔芬波的传播与能量输运，发现其诱发快磁声波并确认能量守恒，且观察到静态极限附近的反射现象。
2025-01-23 astro-ph.HE gr-qc
One-dimensional force-free numerical simulations of Alfven waves around a spinning black string
利用一维无力磁动力学数值模拟方法，研究了Alfven波在自旋黑洞-Banados-Teitelboim-Zanelli黑弦周围沿磁场线传播的动力学过程.我们考虑轴对称和静止的磁层和扰动的背景磁层，得到的线性波动方程的阿尔芬波模式。数值结果表明，在Blandford-Znajek机制从黑弦中提取能量的情况下，Alfven波的能量随着波沿绕能层旋转的弯曲磁场线向外传播而单调增加，在能层中能量似乎不守恒.能量守恒的明显破坏表明存在由阿尔芬波引起的附加波。考虑到Alfven波诱导的附加快磁声波，恢复了能量守恒。在旋转的黑洞周围，类似的相对论现象，如阿尔芬波的放大和快速磁声波的感应，也是可以预期的。
2021-09-13 astro-ph.HE gr-qc
Force-Free Electrodynamics around Extreme Kerr Black Holes
充满等离子体的磁层可以从旋转的黑洞中提取能量，并为各种观测到的天体物理现象提供能量来源。这些磁层由高度非线性的无力电动力学方程（FFE）描述。通常，这些方程只能用数值方法求解。在本文中，我们考虑的FFE方程非常接近视界的最大自旋黑洞，在那里的能量提取发生。由于增强的共形对称性，出现在这个近地平线区域，我们能够解析地获得几个无限族的完全非线性方程的精确解。
2015-03-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Particle on the Innermost Stable Circular Orbit of a Rapidly Spinning Black Hole
我们计算了一个快速旋转的黑洞的最内层稳定圆轨道上的粒子发射的辐射（a）解析，工作到领先的顺序从极值的偏差和（b）数值，与一个新的高精度Teukolsky代码。我们发现这两种方法之间非常一致。我们证实了以前的估计辐射的功率的整体缩放，但也有小的振荡，所有的极端。此外，我们揭示了一个复杂的模式的模式结构中的磁通到无穷大，只有某些模式具有主导的缩放。每个模式的标度由其共形权重控制，这是增强的近视界对称群的表示理论中自然产生的一个量。我们发现以前的工作的关系粒子轨道上精确极端克尔，包括详细的协议量计算在这里与共形场论计算的Kerr/CFT对应的上下文中进行。
2015-09-24 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Narrow Atomic Features from Rapidly Spinning Neutron Stars
中子星以中等速率（~300- 600 Hz）旋转时，其形状会变成扁圆形，并获得非零的四极矩。在本文中，我们使用Hartle-Thorne近似下的光线追迹算法计算了这类中子星的原子特征轮廓。我们发现，线轮廓获得的核心是窄得多的宽度比纯多普勒效应的观察者倾斜的大范围内预期。因此，在利用旋转展宽谱线测量中子星半径时，需要同时考虑中子星扁率和四极矩的影响。此外，这些狭窄核心的存在大大增加了从快速旋转的中子星中探测到原子线的可能性。
2013-02-13 astro-ph.HE gr-qc
Quasinormal resonances of rapidly-spinning Kerr black holes and the universal relaxation bound
普遍的弛豫界表明，微扰热力学系统的弛豫时间从下到上受简单的时间-时间-温度（TTT）量子关系$τ\times T\geq {{\hbar}\overπ}$约束。已知在$MT_{\text{BH}}/\hbar\ll m^{-2}$区域中的近极值Kerr黑洞的某些微扰模式由归一化弛豫时间$πτ\times T_{\text{BH}}/\hbar$表征，在接近极限$MT_{\text{BH}}/\hbar\to0$时，在$1$周围作无穷多次微小的等振幅振荡，因此不能直接用来验证TTT界在黑洞时空的整个参数空间中的有效性（这里$\{T_{\text{BH}},M\}$分别是黑洞的贝肯斯坦-霍金温度和质量，而$m$是线性化微扰模式的方位调和指数）。在本紧凑的文件中，我们明确证明，所有快速自旋克尔黑洞尊重TTT弛豫界限。特别是，使用分析技术，它证明了所有的黑洞扰动模式的互补制度$m^{-1}\ll MT_{\text{BH}}/\hbar\ll1$的特点是松弛时间与简单的无量纲属性$πτ\times T_{\text{BH}}/\hbar\geq1$。
2022-02-02 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Stationary bound-state scalar configurations supported by rapidly-spinning exotic compact objects
一些量子引力理论认为，经典黑洞的吸收视界应该被一个反射面所取代，该反射面位于可能的经典视界上方一个微观距离处。而不是一个吸收黑洞，由此产生的无视界时空描述了一个反射外来紧凑的对象。基于这一有趣的预言，在本文中，我们探讨了奇异的紧凑对象的物理性质，这些对象是线性耦合到固定的束缚态大质量标量场配置。特别地，在质量为$M$和角动量为$J=Ma$的快速旋转的奇异致密物体的背景中，求解具有适当质量$μ$和球谐指数$(l,m)$的定常标量场的Klein-Gordon波动方程，我们导出了奇异紧致天体的{ \it离散}半径$\{r_{\text{c}}(μ,l,m,M,a;n)\}$的一个紧致解析公式，它能支持定常的束缚-说明大量标量场配置。我们通过直接数值计算证实了我们的分析结果。
2018-03-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Slowly Decaying Ringdown of a Rapidly Spinning Black Hole: Probing the No-Hair Theorem by Small Mass-Ratio Mergers with LISA
本文通过计算小质量比并合产生的引力波信号，研究LISA对快速旋转超大质量黑洞铃宕中多个准正规模式的可测量性，证明其有利于探测叠加模式和检验无毛定理。
2023-11-30 astro-ph.HE gr-qc
Force-free magnetosphere on near-horizon geometry of near-extreme Kerr black holes
采用近极端Kerr黑洞（near-NHEK）的近视界几何，研究了快速旋转黑洞的Blandford-Znajek过程中的无力磁层.结果表明，Znajek正则性条件的地平线上，可以直接从所得到的流方程。根据这个条件，我们将全流方程分解为两个独立的方程。推导出绕旋转轴的近似解。他们被发现是一致的与以前的解决方案中获得的渐近区域。该解决方案表明能量和角动量提取的孔。
2015-04-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Rapidly Spinning Compact Stars with Deconfinement Phase Transition
我们研究了快速旋转的致密星的状态方程具有一个强耦合的核物质和退禁闭夸克物质之间的一级相变，采用规范/重力对偶。我们考虑一个家庭的模型，它允许纯强子均匀旋转的恒星质量约$2.9\, \mathrm{M}_\odot$，因此与解释兼容的第二个组件（$2.59^{+0.08}_{-0.09}\, \mathrm{M}_\odot$）在GW 190814是一个中子星。这些恒星的中心密度是核饱和密度的几倍，因此强耦合和非微扰效应变得至关重要。我们构建的模型中，静态（旋转）恒星$M_{\mathrm{TOV}}$（$M_{\mathrm{max}}$）的最大质量是由长期不稳定性或相变引起的崩溃。我们发现$M_{\mathrm{max}}/M_{\mathrm{TOV}}$的最大值的情况下，相变决定$M_{\mathrm{max}}$，这将我们的拟合结果$M_{\mathrm{max}}/M_{\mathrm{TOV}} = 1.227^{+0.031}_{-0.016}$，一个值略高于Breu-Rezzolla绑定$1.203^{+0.022}_{-0.022}$推断模型没有相变。
2020-09-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Spinning black holes magnetically connected to a Keplerian disk -- Magnetosphere, reconnection sheet, particle acceleration and coronal heating
背景：吸积中的黑洞（BH）可能被极向磁场穿过的高度磁化的等离子体所包围。非热耀斑和高能量成分可能起源于一个热的、无碰撞的、几乎没有力的日冕。我们经常从这些系统中观察到的喷流被认为是旋转动力和磁力驱动的。目的：我们研究了轴对称BH磁层，其中锚定在周围圆盘中的一些磁场线可以连接到旋转BH的事件视界。我们确定的网站磁重联在30个引力半径取决于BH自旋。研究方法：与完全广义相对论粒子在细胞的代码GRZeltron，我们解决了电子-正电子对等离子体和BH周围的电磁场的时间相关的动力学。圆盘由开普勒旋转的稳定等离子体表示，由冻结的偶极场穿过。结果如下：对于旋转圆盘，穿过视界的扭曲开放磁场线为布兰德福德-兹纳杰克喷流提供动力，而超过临界距离，圆盘上的开放场线是开放的。在最里面的区域，耦合场线确保了BH和圆盘之间大量角动量和能量的转移。从交点处的Y点开始，在通过磁重联发生粒子加速的地方形成电流片。我们计算了当前片发射的同步辐射图像。结论：我们对喷气动力和BH-盘交换的估计与纯粹的无力模型的估计相匹配。Y点的耗散加热日冕，并为反射模型提供了圆盘上方的硬X射线的物理激励源。幕式等离子体团抛射可能解释天鹅座X-1上观测到的毫秒级耀斑。从Y点向下流到圆盘的粒子可以在最外面的闭合场线的足点处产生热点。
2021-12-07 astro-ph.HE
An Improved Algorithm for Crossing Curved Light Surfaces: rapidly rotating pulsar magnetospheres in curved spacetime
中子星（NS）的无力、稳定、轴对称磁层结构由Grad-Shafranov（GS）方程控制，GS方程是二阶微分方程，但在亮面（LS）上退化为一阶微分方程。数值求解GS方程的关键是使磁场线平滑地穿过LS，而在平坦时空中穿过直线LS已经是一个很好的研究问题。但是，数值算法的实现变得复杂的弯曲LS的存在下，例如在弯曲的时空，因为没有合适的计算网格适应它。我们建议通过引入一个新的坐标系设计，使LS在它是一条直线，以规避这个网格LS失配问题。作为应用，我们详细地研究了快速旋转恒星磁层结构中的广义相对论效应，其中LS向中心NS弯曲。我们分裂的GR效应分为两部分，曲率和帧拖动;测量他们中的每一个，并检查其依赖于NS质量和角速度的排列偶极子和多极磁场中嵌入的类星体。定性地说，我们发现曲率效应使NS附近的磁场线变紧，从而降低了开口磁通量和坡印亭光度，而标架拖曳效应对塑造磁层结构贡献很小，但对增强类空电流产生起作用。
2018-06-26 astro-ph.HE
Building better spin models for merging binary black holes: Evidence for non-spinning and rapidly spinning nearly aligned sub-populations
最近的工作描绘了一个矛盾的肖像黑洞自旋分布在合并双星测量与引力波。一些分析发现，相当一部分的合并双星包含至少一个黑洞的自旋倾斜$>90^\circ$相对于轨道角动量矢量，这已被解释为一个签名的动态组装。其他分析发现，数据是一致的双峰人口，其中一些双星包含黑洞与可忽略的自旋，而其余的包含黑洞的自旋矢量优先与轨道角动量矢量对齐。在这项工作中，我们仔细检查模型的分布黑洞自旋，以查明可能的故障模式，该模型产生一个错误的结论。我们重新分析数据从第二个LIGO-室女座引力波瞬态目录（GWTC-2）使用修订的自旋模型，它允许一个子群的黑洞可以忽略不计的自旋。与Roulet等人最近的结果一致，我们发现GWTC-2的检测结果与两个不同的亚群是一致的。我们估计合并双星的$29-75\%$（90\%可信区间）包含自旋可忽略的$χ\approx 0$的黑洞。剩下的双星是第二个子群的一部分，其中自旋矢量优先（但不完全）与轨道角动量对齐。第二个子群中的黑洞的特征是自旋为$χ\sim0.45$。我们认为，推断的自旋分布是一致的假设，所有合并的双星形式通过字段形成的情况。
2022-04-23 astro-ph.HE gr-qc
Self-gravitating disks around rapidly spinning, tilted black holes: General relativistic simulations
我们进行广义相对论模拟的自引力黑洞磁盘中的黑洞的自旋显着倾斜（$45^\circ$和$90^\circ$）相对于磁盘的角动量和磁盘的黑洞质量比为$16\%-28\%$。这些黑洞以无量纲的速度快速旋转，旋转速度高达$\sim 0.97$。这些是第一个自洽的流体动力学模拟这样的系统，这可能是多信使天文学的主要来源。特别是倾斜的黑洞-盘系统导致：i）黑洞进动; ii）盘进动和围绕黑洞的翘曲; iii）与对准/反对准系统相比，Papaloizou-Pringle不稳定性的饱和更早，尽管具有更短的模式生长时间尺度; iv）获得小的黑洞反冲速度; v）通过各种模式发出的引力波显著超过典型的$(2,2)$模式，但强度与之相当; vi）圆盘的角动量与黑洞自旋广泛对齐的可能性。该对齐与Bardeen-Petterson效应无关，类似于实体旋转。我们的模拟表明，我们模型中的任何电磁光度都可能为相对论性喷流提供动力，例如那些表征短伽马射线暴的喷流。根据黑洞-盘系统的尺度，引力波可以被LIGO/Virgo、LISA和/或其他激光干涉仪探测到。
2022-09-09 astro-ph.HE gr-qc
Non-equatorial scalar rings supported by rapidly spinning Gauss-Bonnet black holes
本文揭示了快速旋转的 Kerr 黑洞在 Gauss-Bonnet 引力下能支持一对非赤道大质量标量环，并给出了其存在的临界自旋条件与无量纲泛函关系。
2024-12-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The Second Plateau in X-ray Afterglow Providing Additional Evidence for Rapidly Spinning Magnetars as the GRB Central Engine
在尼尔·盖尔斯的\emph{Swift}数据中已经收集到了伽马射线暴（GRB）中心引擎的证据。例如，一些伽玛暴显示出内部X射线平台，随后是非常陡峭的衰变，这很难在黑洞（BH）中心引擎的框架内解释，但在快速旋转的磁星引擎图片中是一致的。在高原的末端，非常陡峭的衰减表明中心引擎突然停止，这被解释为超大质量磁星在旋转时坍缩成黑洞。在这里，我们提出了一些额外的证据，如第二个X射线平台功能会出现，如果回落吸积可以激活新生BH和足够的能量可以从新生BH转移到伽玛射线暴冲击波。通过对所有长伽玛暴的系统数据分析，我们在\emph{Swift}样本中发现了三个候选者，即，GRB 070802、090111和120213 A，其X射线余辉光变曲线包含两个平台，第一个是内部平台。我们发现，在一个相当宽松和合理的参数空间，第二个X射线平台数据的所有3个伽玛暴可以很好地解释与我们提出的模型。未来的观测可能会发现更多类似的事件，这可能会提供更多关于磁星和新生BH性质的信息。
2020-05-02 astro-ph.HE hep-th
Slowly decaying ringdown of a rapidly spinning black hole II: Inferring the masses and spins of supermassive black holes with LISA
本研究预估LISA探测极端质量比并合时，快速自旋超大质量黑洞的质量与自旋测量误差，表明高角向模式激发可提高精度，近极端情形下误差分别约1%和0.1%。
2024-03-19 astro-ph.HE gr-qc
An alternative interpretation of GW190412 as a binary black hole merger with a rapidly spinning secondary
LIGO-Virgo合作最近报道了GW 190412的性质，GW 190412是一个不相等分量质量的二元黑洞合并（使用EOBNR PHM近似时质量比为$0.25^{+0.06}_{-0.04}$）和与轨道角动量一致的非零有效自旋。他们使用没有信息的先验来推断更大质量的黑洞在90%的置信度下具有0.17和0.59之间的无量纲自旋幅度。我们认为，在孤立的二元演化的背景下，这是更自然的假设，先验的第一个出生的，更大的质量黑洞有一个可以忽略不计的自旋，而质量较小的黑洞的自旋优先与轨道角动量对齐，如果它是由潮汐旋转。在这种天体物理学的动机下，我们得出结论，低质量黑洞有一个无量纲的自旋分量在0.64和0.99之间沿轨道角动量。
2020-04-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Ringdown of a postinnermost stable circular orbit of a rapidly spinning black hole: Mass ratio dependence of higher harmonic quasinormal mode excitation
本研究基于Teukolsky-Sasaki-Nakamura形式体系，数值探究快速自旋黑洞ISCO后铃振引力波高次谐波准正模激发的质量比依赖，发现高自旋主黑洞的中等质量比并合中高次谐波激发显著，可为空间引力波探测检验广义相对论提供新途径。
2024-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Intrinsic electromagnetic variability in celestial objects containing rapidly spinning black holes
分析研究提出了一种担忧，即快速旋转的黑洞对磁场的神秘驱逐（称为黑洞迈斯纳效应）将关闭布兰德福德-兹纳杰克过程，并熄灭活动星系核和微类星体的喷流。然而，在观测或数值模拟中看不到这种效应。先前试图使预测与观测相一致的尝试提出了几种避免迈斯纳效应的机制。在本文中，我们确定了一个新的逃避机制，并讨论其观测意义。具体而言，我们表明，故障的平稳性是足以消除驱逐的磁场在所有多极订单，以及相关的时间变化可能是动荡的，由于存在有效的机制，跨不同的模式共享能量。这种内在的（与外部驱动相反，例如，吸积率的变化）的电磁场的可变性可以产生所记录的微变幅度和平均通量之间的线性相关性，有助于在喷流中产生磁随机性和种子剪切磁环，并且导致与X射线微变功率谱密度的更好的理论拟合。
2016-02-10 astro-ph.HE
A selection effect boosting the contribution from rapidly spinning black holes to the Cosmic X-ray Background
宇宙X射线背景辐射（CXB）是活动星系核（AGN）中超大质量黑洞过去吸积活动的总辐射，峰值在硬X射线波段（30 keV）。在本文中，我们确定了一个显着的选择效应上的CXB和通量限制AGN调查，并概述了他们必须在很大程度上依赖于黑洞的自旋分布。我们发现，由于快速旋转的黑洞的辐射效率较高，它们将在X射线背景中过度代表，因此可能是CXB的主要贡献者。使用一个简单的双峰自旋分布，我们证明，只有15%的最大自旋活动星系核可以产生50%的CXB。我们还说明，调用一个小人口的最大自旋黑洞在CXB合成模型可以重现CXB峰，而不需要大量的康普顿厚的活动星系核。自旋偏差在通量受限的调查中甚至更明显：7%的最大自旋黑洞源可以产生一半的源计数。由于明显的电离反射，最大自旋黑洞的可探测性可以在硬X射线（>10 keV）中进一步提高高达60%，从而减少了产生一半CXB或调查数计数所需的最大自旋黑洞的百分比。大量的观测结果与高自旋黑洞的过度代表性相一致。未来的NuSTAR和ASTRO-H硬X射线巡天将对活动星系核中自旋的作用提供最好的限制。
2016-02-11 astro-ph.HE
Electromagnetic Emission post Spinning Black Hole-Magnetized Neutron Star Mergers
对于由旋转的黑洞（BH）（质量为$\gtrsim 7M_\odot$）和强磁化中子星（NS）（表面磁场强度为$B_{\rm S,NS}\gtrsim10^{12}$ \，G和质量为$\sim 1.4M_\odot$）组成的双星，NS作为一个整体可能最终会陷入BH。在螺旋阶段，自旋BH可以充电到Wald电荷量$Q_{\rm W}$，直到合并在电真空近似。在合并过程中，如果旋转的带电BH由于足够强的电场而产生自己的磁层，使成对级联产生火花，则带电BH将从电真空过渡到无力情况，并且可以在一段时间内放电$\gtrsim1~{\rm ms}$。由于无力磁层充满了高导电等离子体，在冻结条件下，NS帽上的磁通量将保留在BH事件视界之外。基于这种情况，我们在这里研究了三种可能的能量耗散机制，这些机制可以在BH-NS合并引起的引力波事件后BH放电的时间间隔内产生电磁（EM）对应物：（1）在黑洞的两极会发生磁重联，导致毫秒级的明亮电磁信号，（2）由于整个BH磁场的分离和重连而导致的闭合磁力线区中的磁冲击可能会产生明亮的无线电发射，例如，一个快速的射电爆发，和（3）布兰德福德-Znajek机制将提取BH的旋转能量，产生一个毫秒持续时间的发光高能爆发。我们还计算了由于这些机制的亮度作为BH的自旋的函数为不同的值的$B_{\rm S,NS}$。
2019-09-02 astro-ph.HE
Rapidly spinning dark matter-admixed neutron stars
本研究建模了暗物质独立自转的均匀自转中子星，考察共转与反转情景下暗物质对质量-半径关系、开普勒极限和转动惯量等宏观性质的影响，为自相互作用暗物质的天体物理意义提供新见解。
2025-06-26 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Turbulent Black Holes
我们发现，快速旋转的黑洞可以显示湍流引力行为，这是由一种新的参数不稳定性介导的。这种不稳定性将能量从较高的时间和方位角空间频率转移到较低的频率-一种让人想起2+1维湍流流体所显示的逆能量级联的现象。我们的发现揭示了快速旋转的黑洞扰动的引力湍流路径，并提供了渐近平坦时空中引力湍流的第一个证据。有趣的是，这一发现预测可观察到的引力波签名等现象在黑洞二进制与高自旋，并给出了一个引力描述湍流相关的流体重力对偶。
2014-03-03 astro-ph.HE gr-qc hep-th
A New Approach for Testing Einstein's Theory of Gravity Close to Rapidly Spinning Black Holes
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）
本文提出利用X射线双星中高速旋转黑洞的碰撞Penrose过程新光谱特征，通过极化测量验证爱因斯坦引力理论并测量黑洞自转。
2026-07-21 astro-ph.HE
Efficient Generation of Jets from Magnetically Arrested Accretion on a Rapidly Spinning Black Hole
我们描述了全球性的，三维的，时间相关的，非辐射的，广义相对论的，磁流体动力学模拟吸积黑洞（BH）。模拟的目的是将大量的磁通量传输到中心，超过吸积气体可以迫使进入BH。多余的磁通量保持在黑洞之外，阻碍吸积，并导致磁制动盘。我们发现了强大的外流。对于自旋参数a = 0.5的黑洞，吸积系统在喷流和风中产生外流能量的效率约为eta ~ 30%.对于α = 0.99，我们发现eta ~ 140%，这意味着流出BH的能量比流入的能量多。唯一的方法是从BH中提取自旋能量。因此，a = 0.99的模拟代表了一个明确的演示，在天体物理学上合理的情况下，通过Penrose-Blandford-Znajek机制从旋转BH提取净能量。我们认为，磁吸积可能解释观测到的活动星系核与表观eta ~几× 100%。
2011-08-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Metric for Rapidly Spinning Black Holes Suitable for Strong-Field Tests of the No-Hair Theorem
根据无毛定理，天体物理学上的黑洞是由它们的质量和自旋唯一表征的，并由克尔度规描述。有人提出了几种偏离克尔度规的参数，以研究电磁波谱和引力波谱中与预期克尔信号不同的观测特征。然而，由于无毛定理，如果这些时空是爱因斯坦场方程的解，那么它们不可能在事件视界之外的任何地方都是正则的;它们通常在外部观察者可以到达的时空区域中以裸奇点或闭合的类时环为特征。对于无毛定理的观测测试，涉及在圆形光子轨道或黑洞周围的最内部稳定圆形轨道附近的现象，这些病态限制了度量的适用性，仅限于不快速旋转的紧凑对象。在本文中，我们构造了一个Kerr型度规，它除了依赖于它的质量和自旋之外还依赖于一组自由参数，并且在事件视界之外处处正则。我们推导出了在围绕黑洞的赤道圆轨道上的粒子的能量和角动量的表达式，并计算了最内层稳定圆轨道和圆光子轨道的位置。我们证明，这些轨道的变化显着，即使是温和的偏离克尔度规。我们的度规的性质使它成为一个理想的时空，可以利用任意自旋的天体物理学黑洞周围的吸积流的性质，在电磁波谱中对无毛定理进行强场检验。
2011-05-20 astro-ph.HE gr-qc
A rapidly spinning supermassive black hole at the centre of NGC 1365
在活动星系中观察到的中性和部分电离铁的宽X射线发射线被解释为吸积盘内缘反射硬X射线产生的荧光。在这个模型中，谱线的展宽和扭曲是由黑洞附近的快速旋转和相对论效应引起的，谱线的形状对它的自旋很敏感。其他的模型，其中的扭曲是由中间结构的吸收造成的，提供了同样好的数据描述，并没有普遍的协议是正确的。最近的说法是，星系NGC 1365中心的黑洞（2 E6太阳质量）正在以接近其最大可能速度旋转，这是基于相对论反射的假设。在这里，我们报告的NGC 1365的X射线观测，揭示了相对论盘的功能，通过扩大Fe线发射和相关的康普顿散射超过10-30千电子伏。使用时间和光谱分析，我们解开连续变化，由于时变吸收反射，我们发现产生于一个区域内的2.5引力半径的快速旋转的黑洞。不包括相对论盘反射的吸收主导模型可以在统计和物理基础上被排除。
2013-02-27 astro-ph.HE
Is the black hole in GX 339-4 really spinning rapidly?
对2007年2月在甚高态期间获得的黑洞双星GX 339-4的宽带朱雀光谱进行了重新分析。仔细考虑了事件堆积（在图像中心的~ 3'内显著）和XIS数据的遥测饱和的影响。该源的能量可达300千电子伏，在8千秒差距时，0.5- 200千电子伏的未吸收光度为3.8 × 10^{38}尔格/秒。光谱可以近似为光子指数为2.7的幂律，有一个温和的软过剩和一个硬X射线驼峰。当使用图像中心2'以外的XIS数据时，Fe-K线看起来非常宽，这表明Miller等人（2008年）已经根据朱雀数据和其他CCD数据报道了高黑洞自旋。当XIS数据累积进一步限制在>3'以避免事件堆积时，Fe-K轮廓变得更窄，并且出现稍微更好的解决方案，该解决方案表明内部盘半径为引力半径的5-14倍（1-sigma），尽管在90%的置信水平下数据仍然允许最大旋转的黑洞。同时，光学厚度的吸积盘被推断为在5-32倍引力半径处被截断。因此，朱雀的数据允许另一种解释，而不是引用一个快速旋转的黑洞。先前在高/软状态下测量的盘半径进一步支持该推断。
2009-11-12 astro-ph.HE
A lower bound on the maximum mass if the secondary in GW190814 was once a rapidly spinning neutron star
最近发现的GW 190814的特征是合并了一个二进制与一个主要的质量为$\sim 23\,M_{\odot}$和一个次要的质量为$\sim 2.6\,M_{\odot}$。虽然主恒星很可能是一个黑洞，但副恒星可以被解释为有史以来观测到的最轻的黑洞或质量最大的中子星，但也表明存在一类新颖的外来紧凑天体。我们在这里认为，在GW 190814中的次级不一定是一个从头算黑洞，也不一定是一个奇异的物体;相反，根据我们目前对核物质状态方程的理解，它可以是一个快速旋转的中子星，在合并前的某个时刻坍缩成一个旋转的黑洞。使用连接均匀旋转的中子星的质量和自旋的普遍关系，我们估计的自旋，$0.49 \lesssim χ\lesssim 0.68$，的二次-一个数量不受限制，到目前为止的检测-和一个新的严格的下限的最大质量，$M_{\rm TOV} > 2.08^{+0.04}_{-0.04}\, \,M_{\odot}$，非旋转的中子星，符合最近的观测一个非常大质量的脉冲星。即使在次级中子星从未坍缩成黑洞的可能性较小的情况下，新的下限也仍然有效。
2020-09-21 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
The Heavier the Faster: A Sub-population of Heavy, Rapidly Spinning and Quickly Evolving Binary Black Holes
提出“无量纲净自旋”并利用分层贝叶斯推断发现双黑洞存在快速自旋且快速演化的高质量子群，表明动力学过程在形成高总质量双黑洞中起关键作用。
2024-06-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
Rapidly Spinning Massive Pulsars as an Indicator of Quark Deconfinement
Universidade de Lisboa（里斯本大学）；University of Coimbra（科英布拉大学）；University of Wroclaw（弗罗茨瓦夫大学）；University of Southampton（南安普顿大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）
研究旋转混合星，重点探讨自转对夸克去束缚相变及星体性质的影响，通过混合方程状态模型分析夸克物质相变，构建不同夸克物质起始密度的混合星序列。
2025-12-08 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Hints of spin-magnitude correlations and a rapidly spinning subpopulation of binary black holes
本研究利用GWTC-3的引力波数据，通过分层推断方法发现双黑洞自旋存在两个子群（可信度超95%），为黑洞自旋种群模型提供了新线索。
2024-11-04 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Very High-Energy Emission from the Direct Vicinity of Rapidly Rotating Black Holes
当黑洞以很低的吸积率吸积等离子体时，形成对流主导的吸积流（ADAF）。在ADAF中，相对论性电子通过韧致辐射发射软伽马射线。一些MeV的光子相互碰撞，在磁层中形成电子-正电子对。当吸积速率通常大于爱丁顿速率的0.03-0.3%时，这种对有效地屏蔽了沿磁场线的电场。然而，当吸积率变得小于这个值时，所产生的对的数密度变得小于旋转诱导的Goldreich-Julian密度。在这样一个缺乏电荷的磁层中，沿着磁场线会产生一个电场，将带电轻子加速到超相对论能量，从而通过逆康普顿（C）过程产生有效的TeV辐射，消耗一部分提取的空穴旋转能量。本文综述了黑洞磁层中的定态轻子加速器模型。我们将该模型应用于超大质量黑洞，并证明附近的低光度活动星系核能够发射可检测的伽马射线之间的0.1和30 TeV的切伦科夫望远镜阵列。
2018-11-23 astro-ph.HE
The Disk Wind in the Rapidly Spinning Stellar-Mass Black Hole 4U 1630-472 Observed with NuSTAR
我们提出了一个短的NuSTAR观测恒星质量的黑洞和低质量的X射线二进制4U 1630 $-$ 472的分析。由于NuSTAR的灵敏度，在该源中首次清楚地检测到来自内部吸积盘的反射。通过对反射光谱的拟合，我们发现了一个快速旋转的黑洞$a_{*}=0.985^{+0.005}_{-0.014}$（$1σ$统计误差）的证据。然而，档案数据显示，该源的射电光度相对较低。最近声称喷流功率和黑洞自旋之间的关系将预测一个较低的自旋或一个较高的峰值射电光度。我们还报告了在$7.03\pm0.03$千电子伏的吸收功能的明确检测，可能发出信号的磁盘风。如果这条谱线出现在稠密的中等电离气体（$\logξ=3.6^{+0.2}_{-0.3}$）中，并由类氦Fe XXV占主导地位，则风速为$v/c=0.043^{+0.002}_{-0.007}$（12900 $^{+600}_{-2100}$ km s $^{-1}$）。如果这条谱线与更高度电离的气体（$\logξ=6.1^{+0.7}_{-0.6}$）有关，并且主要是Fe XXVI，那么在考虑系统误差后，蓝移的证据只是边缘性的。我们的分析表明，电离风可能在200 $-$ 1100 Rg内发射，并且可能是磁驱动的。
2014-01-15 astro-ph.HE
Very Massive, Rapidly Spinning Binary Black Hole Progenitors through Chemically Homogeneous Evolution -- The Case of GW231123
本研究利用MESA模拟低金属丰度超大质量双星的化学均匀演化，证明其可自然形成匹配GW231123黑洞质量与高自旋的前身星，并给出自旋—质量紧密相关关系。
2025-08-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
A Search for Rapidly Spinning Pulsars and Fast Transients in Unidentified Radio Sources with the NRAO 43-Meter Telescope
我们从NRAO VLA巡天（NVSS）目录中选择了75个未识别的射电源，以寻找快速旋转的射电星和短而分散的射电爆发。这些源是射电明亮的，没有识别或光源重合，线性偏振超过5%，并且在星表中空间上无法分辨。如果这些源是快速旋转的脉冲星（例如亚毫秒脉冲星），则由于仪器和计算的限制，遮蔽效应或衍射闪烁，以前的大规模脉冲星调查可能会错过检测。亚毫秒脉冲星的发现将极大地限制中子星的状态方程，并将对预测高度回收的X射线脉冲星快速减速到毫秒周期的模型产生影响，例如，吸积盘退耦。这些相同的来源以前在610兆赫的脉动搜索不成功的洛弗尔望远镜在Jodrell银行。这项新的搜索是在一个不同的时期进行的，在NRAO 43米望远镜上有一个新的800 MHz后端，中心频率为1200 MHz。我们的搜索是敏感的亚毫秒级在高度加速的二进制系统和短暂的瞬态脉冲。没有从任何目标源检测到周期性或瞬态信号。我们的结论是，衍射闪烁，色散拖尾，和二进制加速是不太可能阻止检测的绝大多数来源，如果他们是pneumatars，虽然我们不能排除日食，调零或间歇性发射，或无线电干扰作为可能的因素，一些非检测。其他（推测性的）可能性包括无线电发射的磁性激变变星或具有对齐的磁轴和自旋轴的更古老的恒星。
2013-02-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetosphere of a Kerr black hole immersed in magnetized plasma and its perturbative mode structure
这项工作研究了在均匀磁化的无力等离子体中，围绕着一个缓慢旋转的黑洞的类似喷流的电磁配置。在这项工作的第一部分，我们提出了一个家庭的固定解决方案，是喷气能力。虽然这些解决方案都满足无力方程和适当的边界条件，我们的数值实验表明，从不同的初始数据开始，一个独特的松弛状态，因此家庭的一个成员可能是优于其他人。在这项工作的第二部分中，我们分析了这个家庭的射流解决方案的扰动，并表明，扰动模式表现出类似的分裂到捕获和旅行类先前发现扰动Blandford-Znajek解决方案。在程函极限下，俘获模可以用无力等离子体中的快磁声波来识别，而行波本质上是阿尔芬波。此外，在我们的分析范围内，我们还没有看到不稳定模式的迹象，在光交叉的时间尺度的系统，其中发生的数值弛豫过程。这种观察不利于模式不稳定性作为挑选出一个优选的解决方案的选择机制。因此，我们的分析研究无法从族中明确选择特定的解决方案作为上述优选的最终状态。这仍然是一个有趣的开放问题。
2015-06-19 astro-ph.HE gr-qc
General relativistic simulations of binary black hole-neutron stars: Precursor electromagnetic signals
首次对自旋和非自旋黑洞轨道上的中子星磁层进行了广义相对论无力模拟。我们发现有希望的前体电磁发射：典型的坡印廷光度，例如，对于1.4太阳质量的NS和10^{13}G极向磁场，6.6倍NS半径的轨道间隔为L ~ 6 x 10^{42} erg/s。坡印廷通量在方位角方向上约40度的宽光束内以及距轨道平面约60度内达到峰值，建立了可能的灯塔效应。我们的计算虽然是初步的，但我们计划在未来对这些系统进行更详细的模拟。
2013-07-17 astro-ph.HE gr-qc
Resistive alignment of a black-hole magnetosphere
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Dutch Institute for Emergent Phenomena (DIEP)（荷兰涌现现象研究所）；Institute for Advanced Study, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学高等研究院）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内科克研究所）
针对黑洞磁层磁轴与自转轴对准的物理起源问题，研究人员建立电阻相对论性磁流体力学解析理论，结合resistive-GRMHD模拟验证，发现该对准源于Blandford-Znajek解的二阶自旋效应与电阻耗散共同作用，且模拟结果与解析预测定量吻合。
2026-10-19 astro-ph.HE hep-th physics.plasm-ph
Two-dimensional Particle-in-Cell simulations of axisymmetric black hole magnetospheres
本文采用二维粒子模拟方法研究了一个快速旋转的恒星质量黑洞周围轴对称磁层的时间演化。采用同质对产生，并假设质量吸积率远小于爱丁顿极限，我们发现黑洞的转动能优先从中纬度提取，并且这种向外的能流表现出持续约160个动力学时间尺度的增强。它表明，磁流体动力学近似不能证明在这样一个磁主导的磁层，因为欧姆定律完全打破，因为电荷分离的电子-正电子等离子体是高度非中性的。一个含义是相对论性喷流的准直。
2020-12-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
A subpopulation of low-mass, spinning black holes: signatures of dynamical assembly
Monash University（莫纳什大学）；OzGrav: The ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery（引力波发现ARC卓越中心）；Williams College（威廉姆斯学院）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；University of Toronto（多伦多大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）
本文通过引力波观测发现低质量端存在快速各向同性自旋的第二代黑洞子群体，揭示第二代黑洞质量峰值约在16倍太阳质量，并据此推断第一代黑洞质量分布在12至20倍太阳质量间存在显著凹陷。
2025-11-07 astro-ph.HE gr-qc
Suzaku Observations of 4U 1957+11: Potentially the Most Rapidly Spinning Black Hole in (the Halo of) the Galaxy
我们提出了三个朱雀观测的黑洞候选人4U 1957+11（V1408 Aql）--一个源，展示了一些最简单和最干净的例子软，磁盘为主的光谱。4U 1957+11也是从盘主导光谱中发现的最高峰值温度之一。这样的温度可能与快速的黑洞旋转有关。4U 1957+11的光谱也需要非常低的标准化，这可以解释为小的内盘半径和大的距离（>10 kpc）的组合，这使得4U 1957+11很好地进入了星系晕。我们进行联合适合朱雀光谱与相对论和康普顿磁盘模型。假设一个低质量的黑洞和最近的距离（3 M_sun，10 kpc），无量纲自旋参数a* = Jc/GM ^2>~ 0.9。更大的质量和更远的距离产生a*~1。康普顿化模型也得到了类似的结论;它们意味着小的内盘半径（或者，等价地，快速自旋）和大的距离的组合。除非4U 1957+11是一个低质量的黑洞，并且距离大于40 kpc，否则无法恢复低自旋。我们推测是否建议的最大自旋是有关如何系统来居住在晕。
2011-09-27 astro-ph.HE
Reconnection-driven flares in 3D black hole magnetospheres -- A scenario for hot spots around Sagittarius A*
通过Kerr时空中的全局三维粒子模拟，研究了旋转黑洞磁层中的磁重联电流层，发现脱离的磁通量绳可产生同步辐射热点以解释Sgr A*近红外耀斑，并约束其自旋为0.65至0.8。
2023-05-02 astro-ph.HE
Dynamics of Strongly Twisted Relativistic Magnetospheres
磁星的磁层被认为是强烈扭曲的，这是由于内部磁应力对恒星地壳的剪切。我们提出了随时间变化的轴对称模拟，详细显示了相对论性无力磁层通过大角度缓慢扭曲的演变。当扭曲幅度较小时，磁层通过一系列自由能增加的平衡准静态运动。在一定的扭曲幅度下，磁层变得撕裂模式不稳定，形成电阻性电流片，引发大规模的磁重联，其中很大一部分的磁自由能可以耗散。该“临界”扭转角对电阻长度尺度不敏感。快速剪切使磁层暂时稳定在临界角以上，使快速差速旋转恒星的磁层能够储存和耗散更多的自由能。除了这些影响，剪切旋转恒星的表面会增加施加在恒星上的自旋下降扭矩。如果剪切比旋转慢得多，那么自旋下降速率的峰值可能发生在从长扭曲时间尺度到恒星自旋周期或更短的任何时间尺度上，这取决于恒星剪切分布和磁层扭曲的现有分布。因此，一个能量储存在磁层中，并由磁层不稳定性释放的模型预测了SGR巨型耀斑之前测得的自旋下降率的巨大变化。
2013-12-11 astro-ph.HE
Current sheet alignment in oblique black hole magnetospheres -- a black hole pulsar?
本研究通过三维广义相对论磁流体模拟，发现倾斜黑洞磁层中的电流片随时间指数对齐于赤道面，且磁重联导致磁通衰减，可能产生引力波事件的多信使电磁对应体。
2024-02-25 astro-ph.HE
Establishing a relation between mass and spin of stellar mass black holes
恒星质量黑洞（SMBH），由非常大质量的快速旋转恒星的核心坍缩形成，预计会在它们周围显示出高密度的吸积盘，这些吸积盘是由坍缩恒星的旋转地幔发展而来的。由于密度和温度都很高，这类盘是中微子的有效发射体，因此被称为中微子冷却盘。追踪观测到的（中微子）光度与黑洞（BH）的质量、自旋和吸积率（M_dot）之间的物理关系，建立了SMBH形成阶段的自旋和质量之间的关系。我们的工作表明，对于给定的M_dot，自旋黑洞比非自旋黑洞质量更大。然而，缓慢旋转的BH可以变得比旋转的BH更大，如果M_dot在它们的形成阶段比更快旋转的BH更高。
2013-07-13 astro-ph.HE gr-qc
A Rapidly Spinning Black Hole Powers the Einstein Cross
过去20年的观测揭示了位于星系中心的超大质量黑洞（SMBH）的性质与宿主星系本身之间的密切关系。黑洞自旋的大小将在决定这种关系的性质方面发挥关键作用。到目前为止，对黑洞自旋的直接估计仅限于局部宇宙。在这里，我们提出的$\sim$ 0.5兆的档案钱德拉观测引力透镜类星体Q 2237+305（又名“爱因斯坦十字”），位于红移z = 1.695的分析结果。引力透镜提供的通量增强首次允许对如此高红移的黑洞的自旋进行约束。利用最先进的相对论磁盘反射模型，黑洞被发现有一个旋转的$a_* = 0.74^{+0.06}_{-0.03}$在90%的置信水平。在自旋上设置一个下限，我们发现$a_* \geq 0.65$（4 $σ$）。Q 2237+305中$\rm \sim 10^9~M_{\odot}$黑洞的高自旋值进一步支持了黑洞生长的相干吸积情景。这是迄今为止自旋被直接限制的最远的黑洞。
2014-08-08 astro-ph.HE
AstroSat and Chandra view of the high soft state of 4U 1630-47 (4U 1630-472): evidence of the disk wind and a rapidly spinning black hole
我们介绍了瞬态黑洞X射线双星4U 1630-47的X射线光谱和时序分析，该双星在2016年的软X射线爆发期间由AstroSat，Chandra和MAXI太空任务观测到。从上升阶段到峰值的爆发，既没有被Swift/BAT在硬X射线（15-50 keV）中检测到，也没有在无线电中检测到。这种未探测到的现象以及使用MAXI数据获得的硬度-强度图和颜色-颜色图中的源行为证实，钱德拉和AstroSat观测都是在高软光谱状态下进行的。来自钱德拉高能透射光栅光谱仪（HETGS）的高能光栅（HEG）光谱在6.705 $_{-0.002}^{+0.002}$ keV和6.974 $_{-0.003}^{+0.004}$ keV处显示出两条强的、适度蓝移的吸收线，它们是由Fe XXV和Fe XXVI在低速电离盘风中产生的。相应的外流速度确定为366 $\pm$ 56 km/s。Chandra/HEG、AstroSat/SXT+LAXPC和Chandra/HEG + AstroSat/SXT+LAXPC数据的单独光谱拟合表明，宽带连续谱可以用相对论盘-黑体模型很好地描述，盘通量分数为$\sim 0.97$。基于Chandra、AstroSat和Chandra+AstroSat联合光谱的最佳拟合连续谱模型，利用马尔可夫链蒙特卡罗模拟，在99.7%置信区间内，我们将光谱硬化因子约束在1.56 $^{+0.1…
2018-10-02 astro-ph.HE
Developing Tools for Multimessenger Gravitational Wave Astronomy
我们目前正在进行的工作，工艺开源的数值工具，将使电磁对应的重力波形的计算：{ \tt GiRaFFE}（广义相对论力-无力电动力学）代码。{ \tt GiRaFFE}在无力极限下数值求解广义相对论磁流体动力学方程组，模拟致密双星周围的磁层，以便（1）表征源与其周围磁层之间的非线性相互作用，以及（2）评估引力波的电磁对应物，包括准直喷流的产生。我们将该代码应用于各种配置的自旋黑洞沉浸在外部磁场中，为了测试我们的实施，并探讨强引力场，高自旋和磁场线之间的不对准的黑洞自旋，电磁输出和坡印亭喷流的准直的效果。我们将把我们的工作扩展到沉浸在外部磁场中的黑洞碰撞，这是在引力谱和电磁谱中进行重合探测的主要候选者。
2019-01-22 astro-ph.HE gr-qc
Superradiant instability of massive vector fields around spinning black holes in the relativistic regime
研究了在测试场极限下旋转黑洞周围的大质量矢量场（Proca场）的超辐射不稳定性。这是由于天体物理学黑洞的观测可能会探测到超轻玻色子的存在。通过利用时域模拟，我们表征的增长率，频率，空间分布，和其他属性的不稳定模式，包括在政权的黑洞是快速旋转和康普顿波长的Proca字段是可比的黑洞半径。我们发现，在这个政权的相对论效应增加的范围Proca群众是不稳定的，以及最大的不稳定率。我们还研究了由这种不稳定性产生的引力波，发现它们比大质量标量场的情况要强得多。
2017-07-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
MAXI J1820+070: A rapidly spinning black hole with a small disk truncation in the soft state and warm corona layers
University of Ioannina（约阿尼纳大学）；University of Western Macedonia（西马其顿大学）；Trumeter Ltd（Trumeter有限公司）
通过NuSTAR观测数据对MAXI J1820+070的自转进行广谱光谱建模，发现其黑洞自转速度快（a>0.75），并揭示软态中期内盘温度下降及可能的盘截断现象，同时发现软X射线过剩辐射可能来自位于10Rg以外的温暖回旋层。
2026-10-14 astro-ph.HE hep-ph
The Rapidly Spinning Intermediate-Mass Black Hole 3XMM J150052.0+015452
被黑洞潮汐破坏的恒星可以形成一个具有超爱丁顿质量吸积率的吸积盘;内部盘产生的X射线辐射提供了对黑洞质量$M_\bullet$和无量纲自旋参数$a_\bullet$的约束。以前的研究表明，负责潮汐破坏事件3XMM J150052.0+015452（以下简称J150052）的$M_\bullet$是$\sim$ 10 $^{5} M_{\odot}$，在中间黑洞（IMBH）制度。用我们最新的细长吸积盘模型拟合2008年之后在源的十年衰变期间获得的多历元XMM-牛顿和钱德拉X射线光谱，给出了$M_\bullet = 2.0^{+1.0}_{-0.3}\times10^{5} M_{\odot}$（68%置信度）和$a_\bullet > 0.97$（84.1%置信度下限）。2008-2014年之间获得的光谱比2014年之后的光谱明显更硬，这种演变可以通过包括日冕对早期光谱的逆康普顿化效应来很好地解释。当源吸积率为超爱丁顿时，日冕存在，而在2014年之后获得的数据中，当质量吸积率在爱丁顿极限附近时，没有证据表明它的影响。根据我们的光谱研究，我们推断日冕是光学厚和温暖（$kT_e=2.3^{+2.7}_{-0.8}$ keV）。我们对J150052的质量和自旋测量证实了它是一个IMBH，并指向一个快速的、接近极值的自旋。这些$M_\bullet$和$a_\bullet$值排除了质量为$\si…
2022-11-30 astro-ph.HE
Partial tidal disruptions of spinning eccentric white dwarfs by spinning intermediate mass black holes
本文通过光滑粒子流体动力学模拟，研究旋转白矮星在偏心轨道上被旋转中等质量黑洞部分潮汐瓦解的过程，揭示黑洞与恒星自旋耦合对碎片质量分布和晚期回落率的影响，并指出引力波信号在该参数范围内不受恒星自旋影响。
2025-08-17 astro-ph.HE gr-qc
