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
Collective baryon decay and gravitational collapse
虽然人们普遍认为，足够大的质量的引力坍缩将导致密度奇点和事件视界，但我们认为，当考虑量子效应时，这种情况永远不会发生。特别是，我们提出，当条件成熟的捕获表面形成，量子临界面扫过坍缩体，转化为轻子/光子气体的坍缩物质与正真空能量的核子。无论俘获面开始形成时的物质密度如何，这种情况都会发生，因此我们预测，至少在所有涉及普通物质的引力坍缩情况下，坍缩物质的大部分静止质量将转化为中微子和γ射线的爆发。我们预言，这些爆发的峰值亮度与坍缩天体的质量仅弱相关，其量级为（ε_q/m_Pc^2）^1/4c^5/G，其中ε_q是核子部分子的平均能量，m_Pc^2是普朗克质量。爆发的持续时间将取决于坍缩物体的质量;在恒星核心坍缩的情况下，我们预测中微子和γ射线爆发的持续时间都将在10秒左右。
2013-06-04 astro-ph.HE gr-qc
Swift J164449.3+573451 event: generation in the collapsing star cluster?
我们讨论了坍缩星系核模型中的多带能量释放，并试图在这种情况下解释独特的超长宇宙伽马射线事件Swift J164449.3+573451（GRB 110328A早期分类）。中子星和恒星质量的黑洞可以在银河系中心演化形成一个紧凑的自引力子系统。这些恒星残骸在簇核雪崩收缩和坍缩过程中的碰撞和合并，由于几种机制，可以在不同的波段产生强大的事件。中子星与恒星质量黑洞的碰撞可以产生类似于短伽玛暴起源的普通模型的伽马射线暴（GRB）。最初两天的明亮峰值也可能是多重物质供应（由于碰撞中的物质释放）和吸积到形成中的超大质量黑洞上的结果。引力透镜效应、气体在超大质量黑洞上的后期吸积，以及激波对粒子的加速，都会产生许多较小的峰值和后来的准稳态辐射。即使这个模型在未来的观测中不能完全重现斯威夫特J164449.3+573451的所有性质，这种星系核的坍缩也可以在其他事件中被探测到。
2012-11-30 astro-ph.HE
Supermassive black hole mergers as dual sources for electromagnetic flares in the jet emission and gravitational waves
我们提出了一种新的观测类型的引力波发射的超大质量黑洞合并到他们的电磁同行。这种双重发射涉及到相对论性喷流的变化，这种喷流是由位于其底部的超大质量黑洞双星的自旋-轨道进动引起的。
2013-09-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational-Wave Signatures of Nonstandard Neutrino Properties in Collapsing Stellar Cores
Academia Sinica（中央研究院）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理研究所）；Fukuoka University（福冈大学）；University of Wroclaw（弗罗茨瓦夫大学）
通过引力波探测非标准中微子性质及其对原中子星对流的影响
2026-01-15 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Mass-redshift Degeneracy for Gravitational-wave Sources in the Vicinity of a Supermassive Black Hole
由于引力波源的质量是随红移而简并的，因此反演引力波源的质量是一个基本而困难的问题。在天文学中，存在三种类型的红移，即宇宙红移、多普勒红移和引力红移，但后两种通常太弱而不会影响观测。在这封信中，我们表明，目前的天体物理模型允许双黑洞（BBH）合并在$10$史瓦西半径的超大质量黑洞（SMBH）。我们发现，在这种情况下，多普勒和引力红移是显着的，在最极端的情况下，他们可以增加“表观”黑洞的质量和距离的一个因素$1.9-3.4$。我们表明，这样的因素是一致的分布在距离质量图的10 BBH探测到目前为止，LIGO/处女座。我们还讨论了目前的模型预测的低事件率所造成的困难，以及潜在的解决方案。
2019-01-11 astro-ph.HE gr-qc
The gravitational waves from the collapsing domain walls in the complex singlet model
本文研究了在标准模型的复单重态扩展中CP对称性自发破缺引起的CP畴壁和由此产生的引力波。我们在模型参数空间上施加来自真空解的么正性、稳定性和全局极小的约束。通过数值求解相关场方程，得到了CP畴壁轮廓和畴壁张力。然后将显式的CP破坏项作为偏置项引入到势中，使畴壁不稳定和坍塌，并考虑了BBN对能量偏置的限制。为了获得足够强的引力波信号，要求畴壁张力$σ$至少为$σ/{\rm TeV}^3 \sim \mathcal{O}(10^3)$。我们发现，在未来的SKA和/或DECIGO计划中，当典型的质量尺度至少为$\sim \mathcal{O}(10)$ TeV，显式CP破坏项小到$\mathcal{O}(10^{-29}) - \mathcal{O}(10^{-27}) $时，可以探测引力波.因此，来自坍缩畴壁的引力波为高能尺度下极小CP破坏的探测提供了补充。
2020-04-21 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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
Stability of rigidly rotating supermassive stars against gravitational collapse
在广义相对论中，我们重新讨论了刚性旋转超大质量恒星（SMS）的长期稳定性。我们假设SMSs处于核燃烧阶段，可以用多方指数$n_p$略小于$3$的多方状态方程来模拟。稳定性是根据转折点法确定的。我们找到了SMSs的$n_p$（$2.95 \alt n_p \alt 3$）的合理范围的稳定性条件的拟合公式。这种情况再次证实，虽然非旋转的SMS与质量$\sim 10^5M_\odot$-$10^6M_\odot$可能会经历一个广义相对论引起的准径向崩溃，刚性旋转的SMS与旋转的比例与引力势能（$β$）的$\sim 10^{-2}$可能是稳定的崩溃，除非他们能够吸积$\sim 5$倍以上的质量在（相对短暂的）氢燃烧阶段的演变。我们讨论我们的结果的影响。
2016-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Exploring the nature of black hole and gravity with an imminent merging binary of supermassive black holes
针对候选超大质量双黑洞SDSS J1430+2303，研究即将并合的超大质量黑洞双星引力波源的探测需求，提出扩展的Taiji pathfinder-plus方案有望探测近距源，以助力探索黑洞性质与引力本质。
2023-05-08 astro-ph.HE gr-qc
Prospects for the observation of continuous gravitational waves from spinning neutron stars lensed by the galactic supermassive black hole
研究了在星系超大质量黑洞引力透镜作用下探测来自自旋中子星的连续引力波的前景。假设各种天体物理动机的星系NS的空间分布，我们发现CGW信号从几个（$\sim 0-6$）中子星应强烈透镜。透镜将产生两个信号副本（延迟时间为几秒到几分钟），它们将相互干扰。NS相对于透镜光轴的相对运动将改变干涉图案，这将帮助我们识别透镜信号。考虑到透镜信号的放大率和时间延迟，我们研究了地基探测器对透镜信号的探测能力。根据已知的恒星模型对NS的自旋分布进行建模，并假设$ε= 10^{-7}$的椭圆率，LIGO和Virgo在涉及$\mathcal{O}(10^{12})$模板的现实搜索中不太可能检测到透镜CGW。然而，第三代检测器具有检测至少一个透镜CGW信号的$\sim 2-51\%$概率。对于$ε= 10^{-8}$的椭圆率，检测概率降低到$\sim 0-18 \, \% $。虽然罕见，但这样的观测将使对超大质量黑洞及其环境的有趣探测成为可能。
2023-01-04 astro-ph.HE gr-qc
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
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
Probing the Delay Time of Supermassive Black Hole Binary Mergers With Gravitational Waves
本研究提出结合未来引力波测量与星系巡天模拟数据，利用分层贝叶斯推断和模型选择方法，推断超大质量黑洞双星合并的延迟时间分布并检验演化模型。
2023-06-28 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from very massive stars collapsing to a black hole
在轴对称数值相对论模拟中，我们计算了旋转的大质量恒星（VMS）核心直接通向黑洞的坍缩所发射的引力波。演化的旋转VMS是通过恒星演化计算得到的，其初始质量和最终碳氧核质量分别为$320M_\odot$和$\approx 150M_\odot$。我们发现，在中等快速旋转的情况下，对于距离为$D=50$ ~Mpc的事件，应变振幅峰值和相应的引力波频率分别为$\sim 10^{-22}$和$f \approx 300$ -600 Hz.这样的引力波只能被第二代探测器、先进的LIGO、先进的VIRGO和KAGRA探测到$D \lesssim 10$ ~Mpc，即使这些探测器达到了设计的灵敏度。然而，第三代探测器将能够探测到$D \sim 100$ ~Mpc的引力波。引力波信号的探测将为验证宇宙中质量为$\gtrsim 300M_\odot$的VMS的存在及其对不稳定坍缩提供潜在的机会。
2019-01-24 astro-ph.HE
Coherence of Supermassive Black Hole Binary Demographics with the nHz Stochastic Gravitational Wave Background
The University of Osaka（大阪大学）；RIKEN（理化学研究所）；The University of Tokyo（东京大学）
基于AGN观测和脉冲星计时阵列数据，研究揭示了超大质量黑洞双星是nHz引力波背景的主要来源，并明确了其人口特征和演化。
2026-01-13 astro-ph.HE
Exploring the Origin of Supermassive Black Holes with Coherent Neutrino Scattering
在高红移下坍缩的超大质量恒星（$M \gtrsim 3 \times 10^4 M_{\odot}$）可以自然地提供种子，并解释几乎所有星系中心观测到的超大质量黑洞的起源。在超大质量恒星的坍缩过程中，会产生一个非热中微子的爆发，其亮度可能大大超过传统的核心坍缩超新星爆炸。在这项工作中，我们调查在何种程度上产生的中微子在这些爆炸中可以观察到通过相干弹性中微子核散射（CE $ν$ NS）。大规模的直接暗物质探测实验提供了特别有利的目标。我们发现，即将进行的$\mathcal{O}(100)$吨级实验将对距离$\mathcal{O}(10)$ Mpc大的单个超大质量恒星的坍缩敏感。
2021-11-09 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
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
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
Post-Merger Jets from Supermassive Black Hole Coalescences as Electromagnetic Counterparts of Gravitational Wave Emission
作为一个强大的引力波源，超大质量黑洞（SMBH）合并可能伴随着一个相对论性喷流，导致可检测到的电磁（EM）辐射。我们模拟了合并后的喷流在合并前由盘风形成的环核环境中的传播，并计算了前激波区的多波长电磁谱。我们表明，非热EM信号SMBH合并是可检测的未来GW设施，如激光干涉仪空间天线（LISA）的检测范围。基于我们的模型的计算预测缓慢衰落的瞬变与时间延迟从几天到几个月后合并，导致GW检测后的EM后续观测的影响。
2021-03-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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
Gravitational waves from binary supermassive black holes missing in pulsar observations
引力波被认为是由星系合并过程中形成的超大质量黑洞双星辐射的。来自所有这类双星系统的引力波的随机叠加将调制来自射电望远镜的脉冲的到达时间。利用Parkes射电望远镜对毫秒级射电星的观测结果，我们在95%的置信度下，将该背景的特征振幅$A_{\rm c,yr}$限定为< $1.0\times10^{-15}$。该限度排除了当前模型中$A_{\rm c,yr}$的预测范围，概率为91-99.7%。我们的结论是，星系中心的环境要么使双星演化停滞，要么使双星演化急剧加速，而且更高的节奏和更短的波长观测将导致对引力波的敏感性增加。
2015-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Statistics of the supermassive black hole gravitational wave background anisotropy
Laboratory of High Energy and Computational Physics, NICPB（高能计算物理实验室，NICPB）；Departament of Cybernetics, Tallinn University of Technology（塔林科技大学网络系）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学物理与天文学系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
研究超大质量黑洞双星系统引力波背景各向异性统计特性，揭示其分布差异及环境效应与偏心率的影响。
2024-11-29 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
Interaction of eccentric supermassive binary black hole with intermediate mass ratio and circumbinary accretion disk
本研究通过FARGO3D模拟，定量分析了中等质量比偏心超大质量双黑洞与环双星吸积盘的引力相互作用，发现吸积率受次级黑洞影响并呈现周期性，可作为引力波电磁对应体。
2023-12-24 astro-ph.HE
Dark Matter Signatures of Supermassive Black Hole Binaries
星系形成范例的一个自然结果是超大质量黑洞（SMBH）双星的存在。来自遥远的SMBH伴星的引力扰动可以通过偏心的Kozai-Lidov机制在绕主SMBH运行的暗物质粒子上诱导高轨道偏心率。这一过程产生了大量的暗物质粒子涌入到主SMBH能层，在那里，测试粒子停留了很长的时间尺度。这种流入导致了高的自引力密度，形成了一个非常接近SMBH的暗物质团块。在这种情况下，暗物质团和SMBH之间的引力波发射可能被LISA探测到。如果暗物质自我湮灭，团块的高密度将导致引力波发射和高能电磁信号的独特共同检测。
2019-10-20 astro-ph.HE
High Frequency Gravitational Waves from Supermassive Black Holes: Prospects for LIGO-Virgo Detections
通常认为，地面引力波（GW）仪器对超大质量黑洞（SMBH）不敏感，因为GW的特征频率远低于地面探测器的~ 10 - 1000 Hz灵敏度波段。然而，在这里，我们探索SMBH引力波泄漏到更高频率的可能性。特别地，如果高频谱尾渐近于h（f）~ f^{-alpha}，其中alpha<=2，则在固定频率f>>c^3/GM处，谱振幅是质量M的常数或增函数。如果时域波形或其导数表现出不连续性，则会发生这种情况。地面仪器可以搜索这些普遍的光谱尾，以探测或排除这些特征，而不管它们的来源。我们确定了以下过程，可能会产生高频信号：（一）引力轫致辐射的超相对论性物体在附近的SMBH，（二）振铃模式激发的外部过程，具有高频分量或终止突然，（三）引力透镜回波和衍射。特别是对于（iii），SMBHs产生GW回声的星系核中的螺旋恒星质量双星的延迟几分钟到几个小时。如果双星在SMBH后面相对于距SMBH距离r处的视线的~10度（r/100 M）^{-1/2}圆锥内，则透镜化的主信号和GW回波被放大。对于SMBH附近的其余双星，GW回波的幅度平均约为主信号的0.1（r/100 M）^{-1}。
2012-12-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dark Matter Spike surrounding Supermassive Black Holes Binary and the Nanohertz Stochastic Gravitational Wave Background
本文研究超大质量黑洞双星周围暗物质尖峰对纳赫兹随机引力波背景的影响，通过贝叶斯拟合NANOGrav等数据发现含暗物质尖峰模型改善拟合，且尖峰斜率略小于1。
2025-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Lenses as High-Resolution Telescopes
活动星系的内部区域拥有宇宙中最极端和最具活力的现象，包括相对论喷流，超大质量黑洞双星和反冲超大质量黑洞。然而，这些来源中的许多不能通过直接观察来解决。我回顾如何强大的引力透镜可以用来阐明这些来源的结构，从射频到非常高的能量伽马射线。星系周围的深层引力势就像天然的引力透镜。这些引力透镜将背景源分成多个图像，每个图像都有引力引起的时间延迟。透镜图像的这些时间延迟和位置取决于源位置，并且因此可以用于推断发射的空间起源。例如，利用引力引起的时间延迟可以将现代伽马射线仪器的角分辨率提高六个数量级，并提供证据表明伽马射线爆发甚至可以从超大质量黑洞产生数千光年，并且紧凑的无线电发射并不总是跟踪超大质量黑洞的位置。这些发现提供了关于活动星系中心结构的独特物理信息，迫使我们修改粒子加速机制的运行模型，并挑战我们关于致密射电辐射起源的假设。未来的调查，包括LSST，SKA和欧几里得，将提供数十万引力透镜源的观测，这将使我们能够应用强大的引力透镜来研究大型源的多波长结构。这个大型的引力透镜活动星系群将使我们能够阐明多波长辐射的物理起源，它们与超大质量黑洞的联系，以及它们的宇宙演化。
2018-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.ins-det
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
Probing the formation of the seeds of supermassive black holes with gravitational waves
在10万到10万太阳质量之间的中间质量范围内存在黑洞，填补了恒星和超大质量黑洞之间的空白，这是解释红移高达7的发光类星体起源的一个关键预测。要在不到10亿年的时间里形成10亿个太阳大小的巨型黑洞是绝对困难的。这导致了种子黑洞的概念。它们是在宇宙黎明时形成的高红移中等质量黑洞。种子是一个短暂的群体，后来通过吸积和合并的事件变得庞大。在这一章中，我们将探索发现种子黑洞的可能性，并通过探测它们在合并时（即它们配对形成近距离双星时）发出的引力波信号来跟踪它们在整个宇宙时期的生长。我们表明，欧空局的LISA任务的低频引力波的检测将是至关重要的，在授予这一见解。引力波在宇宙中畅通无阻地传播，并携带着关于合并中的黑洞的质量和自旋的精确信息。为此，我们介绍了双星引力波发射的关键概念，简要描述了它们在晕合并和星系碰撞过程中的形成途径。
2018-07-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
