Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: The Perturbative Effects of Gas Pressure, Magnetic Fields, Dark Matter and Dark Energy
在宇宙学红移越来越大的类星体的发现可能有利于“直接坍缩”作为最有希望的形成超大质量黑洞的演化路线。在这种情况下，超大质量黑洞形成时，它们的祖先-超大质量恒星-变得不稳定的引力坍缩。对于由纯辐射压力支撑的、在质量脱落极限下旋转的均匀旋转恒星，坍缩开始时的临界位形由无量纲自旋和半径参数$J/M^2$和$R/M$的普适值表征，与质量$M$无关。我们考虑气体压力，磁场，暗物质和暗能量对这些参数的微扰效应，从而确定这种普遍性的有效性域。我们得到的关键参数的领导阶修正，并建立其标度与相关的物理参数。我们比较了两种不同的方法来近似气体压力的影响，这起着最重要的作用，找到相同的结果，上述无量纲参数，也发现与最近的数值结果很好的协议。
2018-07-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Collapse of Rotating Supermassive Stars including Nuclear Burning Effects
质量为$\gtrsim 10^5 M_\odot$的超大质量恒星（SMS）是在许多大质量星系中心发现的超大质量黑洞种子的候选者。利用轴对称相对论数值模拟方法，模拟了包含核燃烧效应的刚性旋转SMS核的引力坍缩。我们发现，对于现实的初始条件，核燃烧并不起重要作用。坍缩后，围绕旋转黑洞的环面形成，环面的一部分物质被喷射出来。定量地研究了这些天体的性质与自转的关系。我们发现，如果一个SMS核心是足够迅速地旋转，环面和流出的质量有大约$6\%$和$1\%$的初始质量，分别。外流的典型平均速度和总动能为$0.2~c$和$10^{54-56}$ erg，其中$c$为光速。最后，我们简要讨论了观测环面和外流的可能性。
2017-04-03 astro-ph.HE
Searching for ultralight bosons with supermassive black hole ringdown
超轻玻色子是暗物质的一种竞争性候选者。如果它们存在，这些玻色子可能会通过超辐射不稳定性形成围绕旋转黑洞的长寿命玻色子云，作为引力源并影响宿主黑洞周围的引力波传播。在极端质量比的吸气过程中，玻色云将在吸气阶段幸存下来，并能影响受扰黑洞玻色云系统的准正规模频率。在这项工作中，我们计算了旋转黑洞由于周围玻色子云的存在而引起的引力准正规模频率的变化。然后，我们进行模拟分析模拟激光干涉空间天线观测数据包含注入振铃信号的超大质量黑洞与玻色子云。我们发现，利用不到一个小时的附近超大质量黑洞（如人马座A* 和M32）振铃阶段的观测数据，我们可以排除或确认质量为$ \sim 10^{-17} \rm eV$的云状超轻玻色子的存在。
2021-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Non-axisymmetric instabilities of neutron star with toroidal magnetic fields
本文的目的是阐明具有强环向磁场的中子星在非轴对称扰动下的稳定性。其动机来自于这样一个事实，即$\sim 10^{15}$ G的超磁化中子星、磁星和在磁驱动超新星之后诞生的磁化原中子星很可能具有如此强的环形磁场。长期，三维广义相对论磁流体动力学模拟进行，准备等熵中子星与环形磁场在平衡作为初始条件。为了探索旋转对稳定性的影响，对非旋转和刚性旋转模型进行了模拟。我们发现出现的帕克和/或泰勒不稳定性的非旋转和旋转模型。对于非旋转和旋转模型，帕克不稳定性是局部线性扰动分析预测的主要不稳定性。在旋转模型中也出现了交换不稳定性。结果表明，快速旋转不足以抑制Parker不稳定性，这一发现不符合摄动分析。其原因是，刚性和快速旋转的恒星是边缘稳定的，因此，在恒星脉动的存在下，旋转轮廓变形，不稳定的区域与负梯度的角动量轮廓的发展。在不稳定性开始之后，湍流被激发。与轴对称情况相反，在湍流发展之后，磁场从未达到平衡态。这一结论表明，三维模拟是不可缺少的探索磁星的形成或磁星的突出活动，如巨大的耀斑。
2011-04-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Tidal disruptions of rotating stars by a supermassive black hole
利用光滑粒子流体动力学（SPH）程序研究了星系核中超大质量黑洞对旋转恒星的潮汐扰动事件。我们比较了非旋转和旋转恒星的潮汐破裂碎片接近超大质量黑洞时的质量下降率。值得注意的是，与黑洞结合的碎片的质量分布作为比能量的函数，显示出旋转和非旋转恒星之间的明显差异，即使恒星旋转远离分裂极限。初始自旋平行于轨道角动量的恒星的碎片具有比非旋转恒星更低能量的质量分布。与非旋转的恒星相比，具有反平行旋转的恒星的碎片具有更大的能量。因此，反平行旋转恒星的碎片与黑洞的结合更松散，质量下降率在时间上更晚，而平行旋转恒星的碎片则紧密结合，更早地回落到黑洞。不同的质量下降率上升时间尺度可能会影响耀斑的早期阶段，由于潮汐扰动。在附录中，我们用一个近似考虑了黑洞强引力影响的均匀密度椭球模型来研究这种破裂。我们发现在强引力的情况下，由于碎片被困在黑洞更深的势阱中，质量下落速率更早地达到最大值。
2019-05-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
Rotating neutron stars with exotic cores: masses, radii, stability
回顾了在各种稠密物质理论中得到的一组具有奇异核的刚性旋转中子星的理论质量-半径关系。使用两个基本的观测约束：最大测量旋转频率（716 Hz）和最大测量质量（$2\;M_\odot$）。介绍了中子星半径测量的现状。回顾了广义相对论中的恒星刚性旋转理论，指出了慢转近似的局限性。用几种模型描述了具有超子和夸克核的旋转中子星的质量-半径关系。还提到了壳核匹配不唯一的问题。总结了质量脱落不稳定性和轴对称扰动不稳定性对刚体转动的限制。详细讨论了不稳定性和背弯现象的问题。本文综述了中子星核在一级相变（纯相和混合相）情况下的亚稳性和不稳定性。讨论了旋转中子星的两个不相交族（支）的情况，并考虑了中子星族和由不稳定性触发的核震的一般特征。
2016-03-29 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Rotational Metric: A Solution to Einstein's Clock-Rate Problem and Its Magnetospheric Applications
本文提出旋转度量作为爱因斯坦时钟速率问题的精确解，通过旋转变换从史瓦西度量引入额外能层，并用于模拟刚性旋转系统及描述旋转磁层中的引力效应。
2025-07-23 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Gap-type Particle Acceleration in the Magnetospheres of Rotating Supermassive Black Holes
在活动星系核中探测到快速变化的伽马射线发射，重新引起了人们对磁层粒子加速和发射情景的兴趣。为了探索它的潜力，我们研究了旋转黑洞磁层零面附近的稳定间隙加速的可能性。我们采用一个简化的（1D）描述，随着广义相对论表达高斯定律，我们假设的差距是嵌入在辐射场的辐射效率低的吸积流。该模型是用来推导的平行电场分量的径向分布，电子和正电子电荷密度，粒子洛伦兹因子，和$γ$ -射线光子的数量密度的表达式。我们集成的方程组数值，施加适当的边界条件。结果表明，存在一个稳定的间隙解决方案的一个相对较高的整体电流值是在原则上是可能的，如果电荷注入的两个物种被允许在边界。我们提出了不同选择的全球电流和吸积率的间隙解决方案。当放在上下文中，我们的研究结果表明，可变的非常高的能量$γ$射线发射M87可能是兼容的磁层起源。
2020-06-03 astro-ph.HE
Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: Effects of Gas Pressure
“直接坍缩”方案已经成为宇宙早期形成超大质量黑洞的一个有希望的演化轨道。在这种情况的理想化版本中，一颗以质量脱落（开普勒）极限旋转的均匀旋转的超大质量恒星在达到临界构型后会发生引力坍缩。在假设气体由辐射压力支配的情况下，这种临界构型的特征在于无量纲参数$J/M^2$和$R_p/M$的唯一值，其中$J$是角动量，$R_p$是极半径，$M$是质量。出于以前的微扰处理，我们采用了一个完全非线性的方法来评估气体压力对这些无量纲参数的影响范围很大的质量。我们发现，气体压力有一个显着的影响的临界配置，即使是大的恒星质量为$M \simeq 10^6 M_{\odot}$。我们还校准了两个近似处理的气体压力扰动的精确治疗的比较，并发现，一个常用的近似，特别是在增加的偏差，从精确治疗的质量减少，气体压力的影响增加。然而，另一种近似证明对所有质量$M \gtrsim 10^4 M_{\odot}$都是相当稳健的。
2019-07-12 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
On the black hole limit of rotating discs and rings
爱因斯坦场方程的解描述了处于平衡状态的旋转流体，允许参数（即准静态）过渡到极端克尔解（视界外）。这已被证明是解析的尘埃盘和数值环的解决方案与各种状态方程。从外部的观点来看，这种转变可以解释为一个（准）黑洞极限。所有的引力多极矩都精确地假定了极限中的极端克尔黑洞的值。在本文中，在接近黑洞极限的方式进行了更详细的研究，通过参数泰勒级数展开的精确解描述了一个刚性旋转盘的灰尘。结合环解的数值计算，我们的结果表明了多极矩在黑洞极限附近的一个有趣的普遍行为。
2010-07-20 astro-ph.HE gr-qc hep-th
General-relativistic instability in rapidly accreting supermassive stars: the impact of rotation
通过广义相对论（GR）不稳定性坍缩的超大质量恒星（SMS）被认为是超大质量黑洞的可能祖先。它们在不稳定开始时的质量和角动量在许多方面都是关键，特别是关于直接坍缩的观测特征的可能性。在这里，我们研究的稳定性旋转，快速吸积的SMSs对GR，并得出这些恒星在死亡的属性。的hylotropic结构的基础上，相关的快速吸积SMSs，我们定义的假设下，在辐射区域，允许差分旋转的局部角动量守恒的旋转配置文件。我们发现，旋转有利于稳定的快速吸积的SMSs的吸积角动量表示一个分数f > 0.1%的开普勒角动量。当f = 0.3%-0.5%时，与GR稳定性相一致的最大质量比非旋转情况增加了一个数量级。当f = 1%时，如果恒星质量不超过10^7-10^8 Msun，就不能达到GR不稳定性。这些结果意味着，像在非旋转的情况下一样，直接坍缩黑洞的祖先的最终质量在不同的区间内变化，这取决于所考虑的情况：对于原始原子冷却的晕，10^5 Msun < M < 10^6 Msun;对于富含金属的星系合并，10^6 Msun < M < 10^9 Msun。这些模型表明，离心屏障是无效的，以防止直接形成的超大质量黑洞在崩溃的SMS。此外，星系合并的条件似乎比原子冷却的晕更有利于在黑洞形成时可探测到的引力波发射和超长伽马射线暴。
2021-04-23 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Three-Hair Relations for Rotating Stars: Nonrelativistic Limit
天体物理学上的黑洞外部的引力场完全由它们的质量和自旋频率来描述，正如无毛定理所表达的那样。这些定理假定真空时空，因此它们只适用于黑洞，而不适用于恒星。尽管如此，我们分析发现，任意快速刚性旋转的恒星的引力势仍然可以完全描述只有他们的质量，自旋角动量，和四极矩。虽然这些结果是在非相对论极限下得到的（在广义相对论的弱场展开式GR中达到领先阶），但它们也与旋转中子星的完全相对论数值计算相一致。这种用三个量描述源外引力势的方法是近似普适的（与状态方程无关）。这种普适性可以用来打破脉冲星和未来的引力波观测中的简并，以提取更多的物理和测试GR在强场制度。
2014-05-17 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Spin oscillations of neutrinos scattered by the supermassive black hole in the galactic center
本研究探讨中微子被银河系中心超大质量黑洞及其吸积盘散射时的自旋振荡，考虑电磁场与磁场作用，为天体观测提供理论依据。
2025-10-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Rapid AGN accretion from counter-rotating discs
活动星系核的吸积可能是混沌的。这可以产生相对于中心超大质量黑洞（SMBH）的自旋反向旋转或强烈不对准的吸积盘，或接近SMBH双星的轴。因此，我们考虑在吸积盘的角动量的抵消与一个显着的改变平面（倾斜）之间的内部和外部。我们估计分析通过这样的光盘的最大吸积率，并比较这与光滑粒子流体动力学（SPH）模拟的结果。这些结果表明，如果盘的内部以这种方式倾斜而不是平面，那么超大质量黑洞的吸积速率可能会大$\gtrsim 100$倍。这提供了一种自然的方式来驱动超大质量黑洞的快速增长，以及SMBH双星的合并。
2012-02-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Thermal Evolution of Rotating Neutron Stars
在这项工作中，我们考虑的热演化的刚性旋转中子星。为了进行这样的研究，我们首先计算旋转物体的结构，这比球形物体的结构复杂得多。通过求解旋转变形流体分布的爱因斯坦方程，得到了旋转中子星的结构。所使用的数值方法是基于KEH。用于计算中子星结构和成分的状态方程是一个简单的相对论平均场模型，参数集为G300。在计算旋转中子星结构的基础上，我们计算了这些天体的热演化。为了做到这一点，我们重新推导的热演化方程来考虑旋转物体的度量。然后计算了不同频率的中子星的冷却。我们表明，冷却的恒星强烈依赖于对象的频率，与较高频率的恒星显示赤道和两极之间的温差很大。
2013-07-29 astro-ph.HE
Rotating Supermassive Pop III Stars On The Main Sequence
本文首次利用GENEC代码构建自转星族III超大质量恒星演化模型，揭示自转可增大对流核心、延长寿命达20%，并导致IMBH遗迹自旋参数a*<0.1，为高红移观测提供关键理论约束。
2025-08-04 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
