Dark matter: an efficient catalyst for intermediate-mass-ratio-inspiral events
如果一个致密的恒星，如黑洞（BH）或中子星，螺旋进入一个$(10^3 \sim 10^5)\,M_\odot$的中等质量黑洞（IMBH），就可以产生引力波（GW）。这样的系统可能在球状星团（GC）或核星团（NSC）的中心产生，被称为中间或极端质量比螺旋（IMRI或EMRI）。最近的建议，暗物质minispikes可能会形成周围IMBH的动机，我们研究了对DM的合并率的IMRI/EMRI的动力学摩擦的效果。我们发现IMBH与BH和NS的合并时间尺度将缩短两到三个数量级。因此，IMRI/EMRI的事件率相对于没有DM小尖峰的情况下提高了几个数量级。在最极端的情况下，IMBH很小，并且DM迷你峰具有陡峭的密度分布，GC和NSC中的所有BH可能会耗尽，因此与NS的合并将主导当前的IMRI/EMRI。我们的研究结果表明，低于$10^4 \,M_\odot$的IMBH的质量函数将带有DM迷你峰分布的印记，因为这些低质量的IMBH可以通过与BH和NS合并而在DM迷你峰的存在下有效地生长。未来的天基GW探测器，如LISA，太极和天琴，可以测量IMRI/EMRI率，从而限制DM在IMBH周围的分布。
2019-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Comparing Accretion Disks and Dark Matter Spikes in Intermediate Mass Ratio Inspirals
本文首次在中等质量比旋近系统中同时建模吸积盘与暗物质尖峰，通过偏心率演化、制动指数和失相指数区分二者对引力波信号的影响。
2023-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Massively Parallel Simulations of Binary Black Hole Intermediate-Mass-Ratio Inspirals
我们提出了一个高度可扩展的框架，目标感兴趣的数值相对论和更广泛的天体物理学社区的问题。该框架结合了并行八叉树细化自适应网格与小波自适应多分辨率和物理模块来求解BSSN公式中的广义相对论爱因斯坦方程。这项工作的目标是进行先进的，大规模并行数值模拟的中间质量比的灵感（IMRIs）的质量比为100：1的顺序的二元黑洞。这些研究将用于生成LIGO数据分析中使用的波形，并校准半解析近似方法。我们的框架包括一个分布式内存八叉树为基础的自适应网格框架结合节点本地代码生成器。代码生成器使我们的代码可以跨不同的架构移植。对应于目标应用程序的方程以符号表示法编写，并且可以独立于应用程序添加用于不同架构的生成器。此外，这种符号接口也使我们的代码可扩展，因此已被设计为很容易地适应许多现有的算法在天体物理学等离子体动力学和辐射流体力学。我们的自适应网格化算法和数据结构已被优化为现代体系结构与深内存层次。这使我们的框架能够在现代领导架构上实现出色的性能和可扩展性。我们表现出良好的弱可扩展性高达131K内核的ORNL的泰坦二进制合并质量比高达100。
2019-01-19 astro-ph.HE gr-qc
Detecting coalescences of intermediate-mass black holes in globular clusters with the Einstein Telescope
我们讨论了第三代地基探测器，如爱因斯坦望远镜的能力，以检测合并的中等质量黑洞，可能已经形成通过失控的恒星碰撞在球状星团。我们发现，每年500起事件的检测率是合理的。
2010-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from intermediate-mass-ratio inspirals for ground-based detectors
我们探讨了先进的LIGO探测引力波从中子星和恒星质量黑洞螺旋到中等质量（$M\sim 50 M_\odot$到$350 M_\odot$）黑洞的前景。我们估计这种\emph{intermediate-mass-ratio inspirals}（IMRI）的事件发生率高达$\sim 10$ - $30 \mathrm{yr}^{-1}$。我们的数值模拟表明，如果中心体不是一个黑洞，但它的度规是固定的，轴对称的，反射对称和渐近平坦的，那么波将可能是三周期的，作为一个黑洞。我们对Ryan（1995）的一个定理进行了推广，该定理认为波的三个基频及其频谱分量的复振幅的演化（原则上）编码了中心体度规的完整图、中心体与轨道之间能量和角动量交换的完整细节以及随时间演化的轨道要素。我们估计，先进的LIGO可以测量或约束中心体从克尔黑洞的偏差适度，但有趣的准确性。
2008-03-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Studies of waveform requirements for intermediate mass-ratio coalescence searches with advanced detectors
恒星质量致密物体合并成中等质量黑洞（中等质量比合并; IMRAC）是地面引力波干涉仪在所谓高级配置中的一个重要天体物理来源。然而，对这些系统进行有效的基于匹配滤波器的搜索的能力受到缺乏可靠波形的限制。在这里，我们考虑的双星中，中等质量的黑洞的质量范围在24 - 200太阳质量与恒星质量的伴侣有质量范围在1.4 - 18.5太阳质量。此外，我们将双星的质量比q限制在1/140 < q < 1/10的范围内，并将我们的研究限制在具有非自旋组件的圆形双星的情况下。我们调查的相对贡献的信噪比（SNR）的三个不同阶段的合并：螺旋，合并和衰荡。我们发现，合并和振铃贡献了相当大一部分的总SNR的质量参数空间的大部分，虽然在有限的一部分的SNR是占主导地位的inspiral阶段。我们进一步确定了IMRAC质量空间中的三个区域，其中：（i）仅吸气搜索可以在检测率L损失在10% < L <27%的范围内的情况下执行，（ii）基于仅吸气模板的搜索导致检测率损失在27% < L <50%的范围内，以及（iii）包括合并和振铃的模板对于防止超过50%的检测率损失是必不可少的。我们调查的有效性，其中的IMRAC波形空间的吸气仅部分被覆盖，通过比较几个现有的波形家庭在这个制度。我们的研究结果加强了广泛的数值相对论模拟IMRAC的重要性，需要进一步研究合适的近似方案在这个质量范围内。
2014-01-07 astro-ph.HE gr-qc
Extreme- and Intermediate-Mass Ratio Inspirals in Dynamical Chern-Simons Modified Gravity
Chern-Simons（CS）修正引力是一个四维有效理论，它起源于弦论和圈量子引力，通过加入标量场和宇称破坏的庞特里亚金密度的乘积来修正爱因斯坦-希尔伯特作用量。在这个理论中，自旋黑洞的引力场由修正的克尔几何描述，它的多极矩只在第四个多极子l = 4处偏离克尔矩。我们调查可能的签名，这一理论在引力波发射产生的恒星紧凑的对象到大质量的黑洞，无论是中间和极端的质量比的螺旋。我们使用半相对论近似，其中的轨迹是测地线的大规模黑洞的几何形状和重力波形从多极分解的辐射场。主要的CS修正波形产生的修改测地线的轨迹，由于大规模的黑洞的几何形状的变化，并表现为一个积累的退相相对于广义相对论的情况下。我们还讨论了该理论中引力波的传播和应力能量张量。我们发现，虽然这个张量具有相同的形式在广义相对论，能量和角动量平衡定律确实是通过CS标量场的应力-能量张量修改。这些平衡定律可以通过轨道参数的绝热变化来描述内旋，这反过来又会增强退相效应。用先进的地面探测器或激光干涉仪对中等或极端质量比的引力波进行观测，可以利用这种失相来测试动力学理论，达到前所未有的水平。
2009-04-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
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
Eccentric Black Hole Mergers in Dense Star Clusters: The Role of Binary-Binary Encounters
本文首次在广义相对论的框架下系统地研究了强双-单和双-双黑洞相互作用。当在强碰撞中包括广义相对论效应时，当进入LIGO和Virgo GW探测器的敏感频率范围时，引力波（GW）的轨道能量耗散可能导致捕获和随后的具有明显偏心率的吸气。在这项研究中，我们进行了二进制和二进制单散射实验与广义相对论动力学通过2.5后牛顿秩序包括在内，无论是在一个受控的设置，以衡量非耗散后牛顿条款的重要性，并得出缩放关系的GW捕获的横截面，以及根据最先进的球状星团模型调整到强相互作用的实验，以评估双星的相对重要性，二进制通道在促进GW捕获和由此产生的偏心率分布的inspiral从通道。虽然在球状星团中，双星间的相互作用比双星间的相互作用少10-100倍，但它们的寿命更长，动力学更复杂，导致在相遇过程中发生GW捕获的概率更高。我们发现，在球状星团的强黑洞碰撞过程中，无论星团环境的性质如何，双星-双星相互作用都贡献了25-45%的偏心合并。因此，在密集星团中包含更高的多重性遭遇对LIGO/Virgo网络可能探测到的高偏心双星的预测率有重大影响。由于偏心吸气的引力波形与合并双星所产生的引力波形不同，这些双星系统的偏心率测量将高度限制它们的形成情况。
2019-02-14 astro-ph.HE gr-qc
Effects of the interaction of dark matter and neutron-star matter on extreme and intermediate mass-ratio inspirals
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究暗物质与中子星物质的相互作用对极端和中等质量比旋进引力波的影响，发现其存在独特特征，或可被天基探测器观测区分，为暗物质研究提供新途径。
2026-08-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Dark matter minispike: a significant enhancement of eccentricity for intermediate-mass-ratio-inspirals
当一个大质量致密天体，如一个黑洞（BH），螺旋进入一个中等质量黑洞（IMBH），一个中等质量比螺旋（IMRI）系统形成。这类系统是LISA、太极、天琴等天基引力波探测器的重要光源。暗物质（DM）迷你尖峰可能会在IMBH周围形成。我们研究了动力摩擦对DM小尖峰的偏心IMRI演化的影响。为此，我们建立了描述偏心IMRI在动力摩擦作用下演化的动力学方程。由于小速度时动力摩擦较大，因此在近点附近能量耗散大于近点附近。这将大大提高偏心率。例如，初始直肠半横肌为$1\rm AU$，即使是中度DM小峰也会使偏心率从$0.3$增长到$0.85$。在极端情况下，偏心率可以提高到接近$1$。我们还研究了一个球状星团中心IMRI的特殊情况，发现在IMRI进入LISA带之前，偏心率可以保持在$0.95$以上。在$10^{-3}\rm Hz$上，由于偏心率的差异，这些偏心率被DM小尖峰增强的引力波与没有DM的引力波很容易区分。这些预期可以通过未来的天基GW探测器（如LISA）进行测试。
2019-08-27 astro-ph.HE
Intermediate Mass Ratio Inspirals in Milky Way Galaxies
基于四个宇宙学缩放模拟，本文研究银河系型星系中源自矮星系的黑洞并合，发现约一半为IMRIs，并量化其旋近时长与偏心率演化，强调其对LISA探测和波形建模的重要性。
2025-06-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Enhanced Extreme Mass Ratio Inspiral Rates into Intermediate Mass Black Holes
本文研究中等质量黑洞周围的 EMRI 形成，提出坠落事件可转变为“悬念式”EMRI 的新渠道，在低质量黑洞区间可能将体积事件率提升一个数量级。
2023-04-25 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The significance of first post-adiabatic contributions for scalar charge measurements with intermediate and extreme mass ratio inspirals
University College Dublin（都柏林大学学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所，格兰萨索国家实验室）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
研究中等和极端质量比旋进的标量电荷测量，提出基于自力的超越GR波形模型，结合1PA引力部分与标量场效应，用贝叶斯研究评估波形系统误差影响，发现忽略1PA引力效应有偏差，次星自旋与标量电荷无显著相关性，特定建模系统误差可忽略。
2026-07-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Secondary accretion of dark matter in intermediate mass-ratio inspirals: Dark-matter dynamics and gravitational-wave phase
本文重新审视了中等质量比双星中次级黑洞吸积暗物质对引力波的影响，提出并实现了一种在吸积时移除暗物质粒子的反馈方法以确保质量守恒，发现该方法虽减小了引力波去相移，但仍可达数百至近千个周期，足以通过引力波测量推断吸积效应。
2024-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Sub-Solar Mass Intermediate Mass Ratio Inspirals: Waveform Systematics and Detection Prospects with Gravitational Waves
本研究针对质量比q~10²-10⁴的亚太阳质量中等质量比旋进（SSM-IMRIs），评估了IMRPhenomX唯象模型在高质量比区域的性能，发现高阶引力波模式对探测至关重要，当前模型存在显著系统误差，需基于微扰理论校准模型以实现可靠探测和推断。
2025-11-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing gas disc physics with LISA: simulations of an intermediate mass ratio inspiral in an accretion disc
致密天体与$10^{4}-10^{7} {\rm M_\odot}$超大质量黑洞（SMBH）的合并产生了mHz的引力波（GW），可被未来的激光干涉仪空间天线（LISA）探测到。如果这样的内旋发生在一个活动星系核（AGN）的吸积盘中，气体力矩会在GW波形中留下一个小的偏差。在这里，我们提出了二维流体动力学模拟与移动网格代码DISCO的BH吸气在GW率在一个二进制系统的质量比$q\!=\!M_2/M_1\!=\!10^{-3}$，嵌入在吸积盘。我们假设一个局部等温状态方程的气体（马赫数$\mathcal{M}=20$），并实现一个标准的$α$ -处方的粘度（$α= 0.03$）。我们发现盘扭矩的二进制是弱于以前的半解析玩具模型，并在相反的方向：气体盘减慢，而不是加快了inspiral。我们计算GW波形中的所得偏差，其与盘的质量成线性比例。这些偏差的SNR主要在高频处积累，并且如果总相移超过几个弧度，则在5年的LISA观测中变得可检测。我们发现，如果光盘表面密度超过$Σ_0 \gtrsim 10^{2-3}\rm g\,cm^{-2}$，这可能是薄光盘的情况下，近爱丁顿吸积率。由于GW信号的特征印记强烈依赖于盘参数，LISA检测的中间质量比inspiral将探测活动星系核盘和迁移的物理。
2019-11-12 astro-ph.HE
The MAVERIC Survey: Still No Evidence for Accreting Intermediate-mass Black Holes in Globular Clusters
我们提出了一个超深，全面的无线电连续调查的结果，吸积签名的中等质量的黑洞在球状星团。样品，用Karl G.~ Jansky甚大阵和澳大利亚望远镜紧凑阵，由50个银河系球状星团组成。在我们的样本中，没有在任何星团中发现中等质量黑洞的令人信服的证据。为了实现对低水平发射的最高灵敏度，我们还展示了我们的样品的整体堆叠的结果，以及各种子样品，也发现未检测到。这些结果加强了这样一种观点，即质量为$\gtrsim 1000 M_{\odot}$的中等质量黑洞在球状星团中是罕见或不存在的。
2018-06-01 astro-ph.HE
5PN eccentric waveforms for intermediate-mass-ratio-inspirals (IMRIs) from post-Newtonian and black hole perturbation theory
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Otemon Gakuin University（大东文化大学）；Kyoto University（京都大学）
本文提出一种结合后牛顿和黑洞扰动理论的混合模型，用于生成中等质量比螺旋的5PN偏心波形，强调高阶偏心率修正和质量比信息的重要性。
2026-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Detecting Intermediate-mass Black Holes Using Miniature Pulsar Timing Arrays in Globular Clusters
研究提出利用球状星团中的多个毫秒脉冲星组成微型脉冲星计时阵列，通过相关计时残差探测中等质量黑洞双星，未来高精度计时程序将大幅扩展可搜索参数空间。
2025-07-14 astro-ph.HE gr-qc
Worldtube excision method for intermediate-mass-ratio inspirals: scalar-field toy model
本文针对中等质量比黑洞双星模拟中因尺度差异导致的计算成本问题，提出世界管切除方法，用含未知参数的解析模型替代小天体附近区域并通过匹配确定参数，并在标量场玩具模型中验证了不同匹配策略的可行性。
2021-09-08 astro-ph.HE gr-qc
Intermediate-Mass Black Holes in Globular Clusters
有报道称可能在球状星团（GC）中探测到中等质量黑洞（IMBH）。从经验上看，椭圆星系、螺旋星系的“伪核”和经典核球的平均速度色散与中心超大质量黑洞（SMBH）质量之间存在着密切的相关性。我们探索这样一个可能的相关性IMBHs在球形GC。在我们的广义多变GCs自相似准静态动力学演化模型中，提出了一个形成IMBH的判据。关键的结果是M（BH）= L o^1/（1-n），其中M（BH）是IMBH质量，o是GC平均恒星速度，L是系数，2/3 < n < 1。
2012-01-27 astro-ph.HE
Intermediate-Mass Black Holes in Globular Cluster Systems
利用下一代甚大阵列（ngVLA），我们将对数百个球状星团系统中的中等质量黑洞（IMBH）进行全面的清点，距离为25 Mpc。IMBH的质量约为100至100，000太阳质量。在球状星团中发现它们将验证早期宇宙中种子黑洞的形成通道，并为引力波设施的事件预测提供信息。到达大量的球状星团是关键，因为Fragione等人（2018）预测只有百分之几的人会保留他们的引力波促进IMBH。
2018-06-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
A Direct Probe of Mass Density Near Inspiraling Binary Black Holes
既然LIGO已经揭示了大量二元黑洞的存在，确定它们的起源就成为一个重要的挑战。它们可能起源于银河系中更孤立的区域，或者它们可能居住在密集的环境中，如银河系中心或球状星团。在后一种情况下，它们的质心运动以及轨道参数应该会导致波形的可观测变化，这将反映它们与周围物质的引力相互作用。这将通过净相位变化甚至依赖于时间的多普勒频移反映在引力波信号中。我们表明，这种时间依赖性可能是在未来的空间引力波探测器，如LISA，可以提供有关黑洞二元环境的直接信息，否则看不见的环境质量。
2019-06-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Binary evolution, gravitational-wave mergers and explosive transients in multiple-populations gas-enriched globular-clusters
大多数球状星团（GC）都显示出多个恒星星族的证据，这表明存在着几个不同的恒星形成事件。观察到的大部分第二星族（2 P）恒星需要非常大的2 P气体质量在星团核心积累才能形成这些恒星。因此，星团核心的第一个恒星群体（1 P）必须嵌入2 P气体中，就在后来的群体形成之前。在这里，我们探讨了环境中的2 P气体介质的多人口GC的双星的演变。我们主要关注黑洞双星，并跟踪它们的演化，因为它们通过与周围气体的相互作用从宽双星向短周期演化，然后是引力波（GW）主导的螺旋和合并。我们表明，这种新的GW合并渠道可以提供一个重大贡献的GW源的生产。我们考虑各种假设和初始条件，并计算由此产生的气体介导的变化，人口的二进制和预期的合并率，由于气体催化的GW-吸气。对于合理的条件和假设，我们发现一个预期的GW合并率可观察到的aLIGO的顺序高达几十$\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$，和我们的各种模型的整体范围$0.08-25.51 \ \rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$。最后，我们的研究结果表明，在早期阶段的GC的条件和二进制属性可能会受到严重影响的气体相互作用，并可能需要在目前的建模GC的演变进行重大修订。
2022-05-31 astro-ph.HE
Do Intermediate-Mass Black Holes Exist in Globular Clusters?
球状星团中是否存在中等质量黑洞一直是一个重要的问题。在GC搜索IMBHs揭示了无线电观测和动力学建模之间的差异：无线电观测约束的质量上限系统低于动力学建模。这种差异的一种可能性是，正如我们在这项工作中所建议的那样，在吸积流中存在外流。我们的研究结果表明，对于大多数来源，目前的无线电观测不能排除的可能性，IMBH可能存在于GC。此外，我们采用了一个\dot{M} - L_{R}关系来重新讨论这个问题，它证实了由基本平面关系得到的结果.
2013-08-13 astro-ph.HE
Evolution of gas disc-embedded intermediate mass ratio inspirals in the LISA band
在即将到来的天基干涉仪LISA的潜在毫赫兹引力波（GW）源中，有极端或中等质量比的螺旋（EMRI/IMRI）。这些事件涉及质量范围为$10^5 M_{\odot} \lesssim M \lesssim 10^7 M_{\odot}$的超大质量黑洞与质量小得多的黑洞的合并。一个子集的E/IMRIs预计将发生在吸积盘的活动星系核（AGN），在那里施加的扭矩盘可以干扰的inspiral，并导致相移的GW波形。在这里，我们使用一套二维流体动力学模拟与移动网格代码DISCO提出了一个系统的研究光盘扭矩。我们测量吸气BH上的扭矩，并计算相应的波形偏差作为二元质量比$q\equiv M_2/M_1$、圆盘粘度（$α$）和气体温度（或等效马赫数; $\mathcal{M}$）的函数。我们发现，气体扭矩的绝对值是在先前确定的行星迁移扭矩的数量级，但其精确的值和符号依赖于这些参数的组合，非平凡的。对于嵌入活动星系核盘中的双星，其表面密度高于$Σ_0\ge10^{4-6} \rm \, g cm^{-2}$（取决于$q$、$α$和$\mathcal{M}$）的气体印记可以用激光束散射（LISA）检测到。在具有较高粘度的圆盘中，以及在LISA最敏感的频率处检测到的E/IMRI中，偏差最明显。在较冷的磁盘扭矩表现出显着的依赖于GW驱动的inspiral率，以及在后期阶段的inspiral的强烈波动。我们的…
2021-03-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Intermediate-mass-ratio inspirals with general dynamical friction in dark matter minispikes
针对暗物质微尖峰环境中的中等质量比旋进（IMRI），研究广义动力学摩擦（含快于恒星级黑洞的暗物质粒子贡献）对其轨道偏心率及引力波特征应变的影响，首次建立特征应变频率峰值与微尖峰幂律指数的关系，为通过引力波探测暗物质提供可能。
2025-04-10 astro-ph.HE
Detecting Intermediate-Mass Ratio Inspirals From The Ground And Space
检测到大质量黑洞（MBH）对恒星质量致密物体的引力捕获将使我们能够测试强区域的引力。这些源通过交换能量和角动量的两体弛豫形成，并以缓慢、渐进的方式螺旋下降到最终的合并。在质量为$\sim 10^6\,M_{\odot}$的MBH的情况下，频率范围局限于毫赫兹的范围，即LISA等星载引力波观测站的频率范围。在这篇文章中，我表明，根据它们的轨道参数，质量在100到几千之间的MBH的中间质量比（IMRI）的频率使它们能够被（i）地面天文台检测到，或者（ii）LISA和地面天文台，如先进的LIGO/Virgo和第三代天文台，以ET为例。二进制文件具有足够大的信噪比，以确保检测。其轨道参数的更极端值对应于仅用地面探测器可探测的系统，并且进入LIGO/室女座波段，特别是在质量高达一些$2000,\,M_{\odot}$的许多不同谐波中。我表明，环境的影响是可以忽略不计的，所以源不应该有这种并发症。累积的相移可以用LISA和ET测量，在某些情况下也可以用LIGO测量，因此可以恢复有关偏心率和地层情况的信息。对于总质量为$\lessapprox 2000\,M_{\odot}$且初始偏心率高达$0.999$的IMRI，LISA可以提前足够的时间和秒级精度向地面探测器发出警告。单独从地面或与空间观测站结合探测IMRI的可能性为引力波天文学开辟了新的可能性。
2018-09-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Intermediate mass black holes in globular clusters: effects on jerks and jounces of millisecond pulsars
球状星团的中心可能有中等质量的黑洞。在这里，我们提出了一种新的方法，他们的识别使用毫秒脉冲（MSP）作为探针。我们表明，测量的第一（挺举）和第二（颠簸）衍生物的合奏的MSP的加速度将让我们推断的IMBH的存在下，在一个球状星团比测量的唯一加速度。我们通过模拟一组有和没有中央IMBH的星团来测试这一概念，以提取恒星颠簸和颠簸的分布。然后，我们将这种技术应用于银河系球状星团47 Tuccino的MSP系综。目前的时间观测不足以限制IMBH的存在，只能用来确定其质量的上限。但是，通过几年的观测，将有可能测试质量小于$\sim$ 1000 M $_{\odot}$的中央IMBH的存在。我们的结论是，颠簸和颠簸有助于显着降低银河系球状星团的IMBHs的质量上限。
2019-05-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
No Evidence for Intermediate-Mass Black Holes in Globular Clusters: Strong Constraints from the JVLA
以寻找吸积中等质量黑洞为目标，我们报道了对银河系三个球状星团：M15，M19和M22核心的超深Jansky VLA射电连续谱观测结果。在6 GHz的平均频率下，我们达到了1.5-2.1 μ J/梁的均方根噪声水平。在任何集群的中心都没有观察到源。对于一组关于吸积性质的保守假设，我们将IMBH的3-sigma上限设置为360-980 M_sun。这些极限是对任何球状星团所得到的最严格的极限之一。他们补充了越来越多的工作，表明（a）IMBH ~> 1000 M_sun在球状星团中是罕见的，或者（b）当存在时，IMBH以非常低效的方式吸积。
2012-03-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Modeling Extreme Mass Ratio Inspirals within the Effective-One-Body Approach
我们提出了第一个模型的极端质量比的有效单体（EOB）的形式主义，专注于非旋转黑洞的准圆形轨道内的吸气。我们发现，经过2年的演化，解析EOB和基于Teukolsky的数值重力波形之间的相位差和（牛顿归一化）振幅差可以分别减小到小于10^（-1）rad和小于2 x 10^（-3）。在EOB方法中包含后牛顿自作用力项导致经过2年的演化后相位不一致约为6-27 rad。这样的包含物还可以允许来自中间质量比、准圆形吸气的波形的EOB建模。
2010-02-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Disrupted Globular Clusters and the Gamma-Ray Excess in the Galactic Centre
费米大面积望远镜提供了最详细的高能伽马射线对银河系中心（GC）的看法。除了星际辐射和点源贡献外，数据还表明存在剩余的弥散伽马射线过剩。它的空间分布与预期的暗物质轮廓相似，这导致有人声称这可能是暗物质粒子湮灭的证据。在这里，我们调查的另一种解释，信号起源于毫秒星（MSP）形成的密集的球状星团和沉积在GC作为集群螺旋和潮汐破坏的结果。我们使用半解析模型来计算银河系中球状星团的形成、迁移和破裂。我们的模型再现了核星团的质量和现今球状星团的径向和质量分布。对于第一次，我们计算的MSP从整个银河系的年龄中断球状星团的演变，并始终包括MSP自旋下降由于磁偶极断裂的影响。最终的伽马射线振幅和空间分布与费米观测结果吻合良好，并为GC过剩提供了一个自然的天体物理解释。
2018-01-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
An Arena for Multi-Messenger Astrophysics: Inspiral and Tidal Disruption of White Dwarfs by Massive Black Holes
星系核中的（超）大质量黑洞对恒星的潮汐破坏已经在理论上讨论了大约30年，但只有在过去的十年中，我们才能够检测到大量的此类事件。因此，我们现在开始对破坏模型进行观测测试。我们也在构想质量为$< 10^5\;{\rm M}_\odot$的中等质量黑洞对白矮星的影响和破坏。这类事件信息非常丰富，为中等质量黑洞打开了一扇新的窗户，这些黑洞被认为生活在矮星系和星团中。它们可以告诉我们中等质量黑洞的人口统计学，它们附近的恒星星族和动力学，以及缺氢物质的吸积物理学。利用地面电磁观测站和低频引力波观测即将进行的瞬变测量相结合，是利用白矮星潮汐破坏的理想选择。引力波信号的探测率，乐观地说，每年可能达到几十个，体积高达$z\approx 0.1$。引力波观测是特别有用的，因为它们产生了所涉及的物体的质量，并允许确定黑洞的自旋，为黑洞形成和增长的物理模型提供测试。他们也会提前几周或更长时间给我们电磁耀斑的预警。针对中断过程和事件发生率的现代模型的正确计算基础设施将使我们能够充分利用即将到来的观测设施。
2019-02-18 astro-ph.HE
Millisecond Pulsars in Dense Star Clusters: Evolution, Scaling Relations, and the Galactic-Center Gamma-ray Excess
近年来，在银河系球状星团中观测到的毫秒双星（MSP）数量呈爆炸性增长，但由于观测偏差，其数量仍然不确定。我们使用最先进的$N$体模拟研究稠密星团中MSP种群的演化。这些星系团模型的初始条件范围很广，包括不同的初始质量、金属丰度和维里半径，几乎涵盖了银河系中球状星团的全部性质。我们演示了不同的初始集群属性如何影响MSP的数量，我们提供了作为集群年龄和质量的函数的缩放关系。作为一个应用，我们使用我们的公式来估计从螺旋形球状星团传递到银河系中心的MSP的数量，以探测费米探测到的银河系中心伽马射线过剩的起源。我们预测的$400$ MSPs在银河系中心的破坏球状星团，这可能可以解释大多数观测到的伽马射线过剩。
2022-11-19 astro-ph.HE
MOCCA SURVEY Database I: Binary Black Hole Mergers from Globular Clusters with Intermediate Mass Black Holes
由于引力波的作用，球状星团中黑洞双星的动力学形成在恒星密度较高的地方发生得更频繁。同时，形成中等质量黑洞（IMBHs）的概率也随着密度的增加而增加。为了探讨IMBH的形成和增长对来自球状星团的恒星质量黑洞双星布居的影响，我们分析了现有的大型Monte-Carlo球状星团模拟数据（MOCCA SURVEY Database I）。当IMBH质量不够大或IMBH种子形成较晚时，我们发现二元黑洞合并的数目与基于星系团初始性质的预测一致。然而，与预测相比，当现今IMBH质量比$\sim10^4 \rm M_{\odot}$更大或现今IMBH质量超过集群初始总质量的1%时，二元黑洞形成和随后的合并事件显着减少。通过考察系统中黑洞逃逸时刻的最大黑洞质量，我们发现在IMBH形成和增长之前，$\sim$ 90%的并合黑洞逃逸。此外，大部分恒星质量的黑洞被合并到IMBH或在大质量IMBH的情况下作为单个黑洞从球状星团中逃逸，这可能导致与引力波合并的二元黑洞的显着不足，取决于星团的初始分布。
2020-08-25 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Measurement Accuracy of Inspiraling Eccentric Neutron Star and Black Hole Binaries Using Gravitational Waves
在最近的一篇论文中，我们确定了偏心，旋进，非自旋，吸气，恒星质量的黑洞-黑洞（BH-BH）二进制的物理参数的测量精度为即将到来的第二代LIGO/VIRGO/KAGRA探测器网络在设计灵敏度使用Fisher矩阵方法。在这里，我们将研究扩展到广泛的双星质量，包括中子星-中子星（NS-NS），NS-BH和BH质量高达$110 \, M_{\odot}$的BH-BH双星。对于光度距离为$D_L$的NS-NS、NS-BH和BH-BH双星，在引力波频率为$10 \, {\rm Hz}$时，偏心率$e_{10 \,\rm Hz}$的测量误差在$(10^{-4}-10^{-3}) \times (D_L/ 100\,\rm Mpc)$范围内，如果$e_{10 \,\rm Hz} \gtrsim 0.1 $。对于事件的质量和距离类似于检测到的10 GW瞬态，我们表明，非零轨道偏心率可能会被检测到，如果$0.081 \lesssim e_{10 \,\rm Hz}$。因此，在设计灵敏度的LIGO/VIRGO/KAGRA探测器网络将有能力区分偏心波形和圆形波形。与圆形吸气星相比，我们发现对于具有BH伴星质量$\lesssim 40 \, M_{\odot}$的NS-NS和NS-BH双星，啁啾质量测量精度可以分别提高到$\sim 20$和$\sim 50-100$的一个因子。偏心源的识别可能会提供有关其天…
2019-01-16 astro-ph.HE
MOCCA-SURVEY Database I. Intermediate mass black holes in Milky Way globular clusters and their connection to supermassive black holes
在本文中，我们探讨了中等质量黑洞（IMBHs）和他们的护理球状星团（GC）之间的相互作用，利用超过2000蒙特卡罗GC模型。我们发现，IMBHs的影响球的平均密度可以唯一地连接到主机GC的亮度和半光半径通过一个基本平面。我们提出了一种统计方法来系统地确定潜在的银河系GC窝藏IMBH或恒星BH组成的大规模子系统。我们的模型表明，IMBH往往是绑定到一个恒星伴星或恒星BH，这可能会导致潮汐破裂事件或低频引力波。我们表明，GC轨道接近银河系中心有一个更大的概率见证IMBH形成在其早期的演变。这些低轨道GC可以将几个IMBH送入星系最内部区域，对电磁和GW发射都有潜在影响。我们讨论了IMBHs和SMBHs居住在星系核之间的潜在联系，探索在某些情况下，它们共享类似的形成途径的可能性。
2019-05-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Quantifying the Scientific Potential of Intermediate and Extreme Mass Ratio Inspirals with the Laser Interferometer Space Antenna
European Space Agency (ESA), European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲航天局（ESA），欧洲空间研究与技术中心（ESTEC））；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；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））；School of Mathematics and Statistics, University College Dublin（都柏林大学学院数学与统计学院）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）；School of Physics and Astronomy, University of Glasgow（格拉斯哥大学物理与天文学院）；Institute for Gravitational Wave Astronomy & School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学引力波天文研究所及物理与天文学院）
本文通过全相对论方法研究LISA对极端和中间质量比环形干扰的探测能力，揭示不同质量比系统的灵敏度和科学产出，提出软件工具提升研究效率。
2026-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Binary intermediate-mass black hole mergers in globular clusters
我们考虑了球状星团（GC）中二元中间黑洞（BIMBH）的形成，这种形成可能发生在原位，也可能由于星系团之间的合并而发生。我们模拟的BIMBH轨道的演变（及其随后的合并），由于恒星弹射。我们还考虑了由于主星系的潮汐场和两体弛豫的GC蒸发。我们的研究结果表明，如果至少$10^{-3}$的所有GC成为BIMBH主机和BIMBH的质量是$\sim1\%$的GC质量，至少有一个的吸气（或合并）BIMBH将被检测到LISA在其4年的任务寿命。大多数检测到的BIMBH来自1）重GC（$\gtrsim3\times10^5M_\odot$），因为低质量GC在它们的BIMBH有时间合并之前就被破坏了，2）来自红移$1<z<3$，假设大多数GC在$z\sim4$周围形成，并且大多数BIMBH的合并时标是$\sim1$ Gyr。如果BIMBH与GC的质量比较低（$\sim10^{-3}$），但BIMBH宿主在GC中的比例较高（$\gtrsim10^{-2}$），则它们的一些合并也将被LIGO，VIRGO和KAGRA以及拟议中的爱因斯坦望远镜探测到。
2020-09-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Intermediate-Mass Black Holes in Extragalactic Globular Clusters
中等质量黑洞（IMBH）的质量约为100至100，000太阳质量。他们仍然难以捉摸。在现今的球状星团（GC）中观测IMBH将验证早期宇宙中种子黑洞的形成通道，并为引力波设施的事件预测提供信息。每个星系达到大量的GC是关键，因为模型预测只有百分之几的星系会保留它们的引力波促进IMBH。相关的，许多星系将需要进行检查，以建立一个强大的样本IMBHs在GC。这些需求可以通过使用下一代超大型阵列（ngVLA）来满足，以在数百个星系的GC中搜索IMBHs，距离为25 Mpc。这些星系总共拥有数万个GC。我们描述了如何转换的ngVLA信号从GC到IMBH质量根据半经验吸积模型。模拟气相色谱中的气体流动将有助于提高转化的稳健性。此外，自洽的动力学模型的GC，恒星和二进制的演变中存在的IMBH，将有助于提高IMBH保留的预测，为当今的GC。
2019-03-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Strong [O III] and [N II] emission lines in globular clusters from photoionized R Corona Borealis star winds
最近发现NGC 1399中的球状星团X射线源CXO J033831.8-352604在其光谱中除了具有软X射线谱的超亮X射线发射外，还显示出[O III]和[N II]的强发射线。有人进一步提出，这个系统包含一个中等质量的黑洞，它潮汐地破坏了一颗白矮星，产生了强的发射线，但没有可检测到的氢发射。我们表明，存在一种替代方案，可以更自然地解释数据，其中富含氧和氮的物质是从RCB星喷出物，或RCB星或缺氢碳星的潮汐破坏。我们在这里提出的方案并不需要一个中等质量的黑洞作为吸积物，但也不排除这种可能性。
2010-10-28 astro-ph.HE
Environmental effects in extreme mass ratio inspirals: perturbations to the environment in Kerr
该研究针对极端质量比旋近系统的环境效应问题，在Kerr时空下首次完成次级天体引发的黑洞环境扰动的自洽相对论计算，发现标量场尾迹结构及与史瓦西情形的显著通量差异，为引力波环境研究提供新框架。
2025-01-16 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A SN Ia Near a Globular Cluster in the Early-Type Galaxy NGC 5353
本研究在早型星系NGC 5353中发现SN 2019ein与一球状星团候选体位置高度接近，偶然重合概率仅3%，推测其前身可能是被星团抛射的双简并白矮星双星，为Ia型超新星前身研究提供了新线索。
2024-05-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Eccentric binary black hole mergers in globular clusters hosting intermediate-mass black holes
球状星团（GC）的中心可能存在中等质量黑洞（IMBH）。在这些动态活跃的环境中，恒星质量的黑洞（SBH）在形成后不久就会下沉到中心，由于动力学摩擦，并开始与中心的IMBH相互作用。很可能，一些SBH将与IMBH形成结合系统。其中一小部分将是由二进制SBH和IMBH作为第三个遥远的扰动组成的三重系统。如果SBH双星轨道足够倾斜，它可以发展Lidov-Kozai（LK）振荡，这可以将系统驱动到高偏心率，并最终由于引力波（GW）在短时间尺度上的发射而合并。在这项工作中，我们专注于IMBH-SBH-SBH三元组的动力学，并说明这些系统可以是GWs的可能来源。这种情况的一个独特特征是，当进入LIGO波段（$10$ Hz）时，这些合并中有相当一部分是高度偏心的。假设GC的$\sim 20\%$是IMBH的宿主，并且GC密度在$n_{_{\rm GC}}=0.32$ - $2.31\,\mathrm{Mpc}^{-3}$范围内，我们估计了这些事件的速率$Γ=0.06$ - $0.46\,\mathrm{Gpc}^{-3}\,\mathrm{yr}^{-1}$。这表明，在这种情况下，动态驱动的二进制SBH合并可能有助于LIGO/VIRGO观察到的合并事件。完全$N$ -身体模拟的GC窝藏IMBH是非常可取的，以给出一个更精确的约束，这种情况下。
2019-07-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Waves and Intermediate-mass Black Hole Retention in Globular Clusters
最近引力波的发现为物理学开辟了新的领域。目前和即将到来的任务，如LIGO，VIRGO，KAGRA和LISA，承诺揭示各种大小的黑洞，从恒星质量（SBH）大小到位于星系核中的超大质量黑洞。中等质量黑洞（IMBH）家族还没有被直接或间接地探测到。最近的分析表明，在两个银河系球状星团的中心存在IMBH的观测证据。在本文中，我们调查的可能性，球状星团出生的中央IMBH，它经历了重复的合并事件与SBH在集群的核心。本文用半解析方法研究了IMBH-SBH双星系统在银河势和引力波（GW）合并中的原初星系团布居的演化。我们的模型预测$\approx 1000$ IMBH在$1$ kpc从银河系中心。我们的研究结果表明，IMBH-SBH合并率密度从超过$z\approx 2$的$\mathcal{R}\approx 1000$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$变化到$z\approx 0$的$\mathcal{R}\approx 1-10$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$。如果年轻的大质量星团拥有IMBH，那么在低红移时的速率可能会明显更高。合并率主要由质量在$10^3$和$10^4\,\mathrm{M}_{\odot}$之间的IMBH决定。目前，在这个质量范围内，GW源没有LIGO/VIRGO上限，但我们的研究结果表明，在设计灵敏度下，这些仪器可能会在未来几年内检测到这…
2018-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
VLA Limits on Intermediate-Mass Black Holes in 19 Massive Globular Clusters
NSF的Karl G.利用Jansky甚大阵（VLA）在3~cm波段对距离为9.4Mpc的早型星系NGC 1，3115的19个球状星团中的中等质量黑洞（IMBH）进行了吸积特征的研究.这19颗恒星的质量为$M_{\star} \sim (1.1 - 2.7) \times 10^6~M_\odot$，平均质量为$\overline{M_{\star}} \sim 1.8 \times 10^6~M_\odot$。未检测到。一个IMBH吸积模型被应用到个人GC和他们的无线电堆栈。放射性堆叠GC具有IMBH质量$\overline{M_{\rm IMBH}} < 1.7 \times 10^5~M_\odot$和质量分数$\overline{M_{\rm IMBH}} / \overline{M_{\star}} < 9.5\%$，其中每个极限不确定约2.5倍。后一个极限与一些剥离核的极限形成对比，表明NGC1.3115中的堆叠GC组不是这样的核的组。各个GC的射电光度对应于X射线光度$L_{\rm X} < (3.3 - 10) \times 10^{38}$ erg~s $^{-1}$，不确定度约为2.5。GC中推定IMBH的这些预测限值与现有{ \em Chandra}观测结果一致。最后，下一代VLA（ngVLA）的模拟观测表明，在GC中IMBH的吸积签名可以在仅无线电搜索中检测…
2020-07-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Evidence for an intermediate-mass black hole in the globular cluster NGC 6624
PSR B 1820 $-$ 30 A位于球状星团NGC 6624中，是已知距离任何球状星团中心最近的脉冲星。我们提出了超过25年的高精度计时观测的毫秒脉冲星，并获得四个旋转频率时间导数测量。模拟这些高阶导数是由于轨道运动，我们发现的解决方案表明，脉冲星是在一个低偏心率（$0.33\lesssim e\lesssim0.4$）较小的轨道与低质量的同伴（如主序星，白矮星，中子星，或恒星质量黑洞）或高偏心率（$e\gtrsim0.9$）较大的轨道与大质量的同伴。星团的质量性质和4U 1820 $-$ 30和星团中其他恒星的观测性质都反对低偏心率的可能性。高偏心率解表明，脉冲星最有可能绕着位于星团中心的质量为$> 7,500$ ~M $_\odot$的中等质量黑洞（IMBH）运行。球状星团的引力模型，其中包括这样一个中央黑洞（BH），预测的加速度与测量的脉冲星相当。进一步预测了IMBH的最小质量为$\sim60,000$ ~M $_\odot$ .考虑到对观测周期导数的相关贡献，脉冲星的$γ$射线效率应该在0.08和0.2之间。我们的研究结果表明，其他球状星团也可能包含中心黑洞，它们可能通过研究足够接近它们中心的新黑洞来揭示。请注意，我们在第5节中发现了一个错误，因此，上述$\sim$ 60，000 ~M $_\odot$质量必须替换为正确的模型相关质量限值$\sim$ 20，000 ~…
2017-05-17 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
