Kinematic signatures of reverberation mapping of close binaries of supermassive black holes in active galactic nuclei. II. Atlas of two-dimensional transfer functions
大多数大型星系的中心都有超大质量黑洞（SMBH），星系会合并。因此，双星SMBH在星系核中应该是常见的。然而，密切的二进制SMBH（CB-SMBHs）与sub-parsec分离不能直接使用现有的设施成像。一些间接的特征，如光变曲线中的周期信号和发射线轮廓中的双峰，已经被用来寻找CB-SMBH候选者，但仍然存在歧义，不能做出明确的结论。我们最近提出了一种新的方法，专注于运动学签名，可以从混响映射CB-SMBHs，一个提供了一个很有前途的途径来解决这个重要的问题。在本文中，我们计算了各种参数的模型，但两个BH的BLR接近，但仍然没有合并。本补充文件的目的是提供一个二维传递函数的CB-SMBH与广泛的轨道和几何参数的图集，以帮助更有效地识别混响映射数据中的CB-SMBH候选。
2019-12-30 astro-ph.GA
Evolution Of Binary Supermassive Black Holes In Rotating Nuclei
双星系统超大质量黑洞与星系核中恒星的相互作用会导致双星系统轨道的所有元素发生变化，包括定义其方向的角度。如果星系核在旋转，方向的变化可能会很大，导致双星的轨道偏心率也会发生很大的变化。我们提出了一个一般的处理这个问题的基础上的福克-普朗克方程的f，定义为概率分布的二进制的轨道要素。第一和第二阶扩散系数的二进制使用数值散射实验的轨道根数推导，并提出了一些这些系数的解析近似。福克-普朗克方程的解决方案，然后在各种假设下导出的初始旋转状态的核和二进制硬化率。我们发现，当我们引入核旋转时，轨道根数的演化可以变得有质的不同：1）双星轨道的方向朝着与核旋转平面对齐的方向演化; 2）双星轨道偏心率对于对齐的双星减小，而对于反对齐的双星增加。我们发现，扩散（随机行走）组件的二进制的演变是小的核与不可忽略的旋转，我们推导出的时间演化方程的半长轴，偏心率和倾斜度的近似。上述效应可能会影响引力波的产生以及宿主星系和射电喷流的相对方向。
2017-04-04 astro-ph.GA gr-qc
Changing-look active galactic nuclei: close binaries of supermassive black holes in action
变貌活动星系核（CL-AGN）作为一种新的星系核亚群，其时间尺度与吸积盘模型之间存在着很大的矛盾，对活动星系核的一些基本物理性质提出了挑战。在这封信{ \textit{} }中，我们证明了极端的情况：具有高偏心率的超大质量黑洞（CB-SMBH）的近双星能够通过一个轨道触发CL跃迁。在这种情况下，双黑洞建立自己的迷你磁盘剥离气体的内边缘的环联盘在apastron阶段，之后，他们与磁盘潮汐相互作用在近星相有效地交换角动量在一个轨道周期。对于逆轨道旋转的迷你盘，潮汐扭矩迅速挤压迷你盘的潮汐部分到一个小得多的半径，这迅速导致更高的吸积和短耀斑之前的磁盘下降到2型活动星系核。逆旋转的迷你盘从双星获得角动量并向外旋转，这导致从类型1到类型2的快速关闭。开启发生在离星阶段。CB-SMBH控制周期之间的转换类型-1和类型-2的轨道周期，但允许不同的性质在CL-AGN光变曲线。
2020-10-19 astro-ph.GA
The Evolution of Inclined Binary Black Holes in the Disks of Active Galactic Nuclei
本文首次通过三维高分辨率局部剪切盒流体力学模拟，研究AGN盘内不同倾角双黑洞的演化，发现逆行双星收缩更快且会被驱动至共面，并穿越可激发大偏心率的倾角区间，从而可能促进并合。
2023-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
Binaries of massive black holes in rotating clusters: Dynamics, gravitational waves, detection and the role of eccentricity
星团中的中等质量黑洞（IMBH，质量介于$10^2$和$10^4 M_{\odot}$之间的大质量黑洞）双星的动力学演化近年来受到越来越多的关注。这至少部分是由于这样一个事实，即如果双星系统足够硬，能够发展到它将开始有效发射引力波（GW）的阶段，那么它很有可能被未来的太空探测器（如LISA）探测到。我们研究这种演变中存在的旋转集群。偏心率与IMBHs的初始速度密切相关，对于低初始速度，$\sim 0.7$的值可达到0.9，而如果初始速度增加，则会产生几乎为圆形的轨道。蒙特卡罗研究表明，这些源将可被诸如LISA的探测器探测到，其中值信噪比在三年内介于10和20之间，尽管某些事件的信噪比为300或更高。此外，还应该能够估计啁啾质量，中值分数误差为$10^{-4}$，约化质量为$10^{-3}$的数量级，光度距离为$10^{-1}$的数量级。最后，这些源在LISA探测器中将具有大约3平方度的中值角分辨率，从而将事件牢固地置于诸如LSST的未来电磁探测器的视场中。
2009-10-06 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Stellar binaries in galactic nuclei: tidally stimulated mergers followed by tidal disruptions
研究了星系核团中双星与大质量黑洞的相互作用。我们认为双星的高度偏心轨道周围的MBH的变化，由于随机的引力相互作用与其他恒星的核星团。轨道的近心点进行随机游走，我们考虑的情况下，这种随机游走慢慢地带来的二进制的希尔斯潮汐分离半径（所谓的空损失锥制度）。然而，我们发现，在大多数情况下，预期的分离并没有发生，而是二进制的成员合并在一起。这是因为双星的偏心率是由与MBH的潮汐相互作用激发的，并且双星内部偏心率的相对偏移量远远超过其内部半长轴。这经常会使近心点间距减小到低于典型恒星直径的值，这会导致相当一部分这样的双星合并（在我们的数值实验中是$\gtrsim 75\%$）。恒星潮汐不会明显改变合并的总速率，但会使双星循环，导致低偏心率、低撞击速度合并的比例很大。一些恒星合并的产物将在$\sim 10^6$年内被MBH潮汐性地破坏。如果合并强烈地增强了合并产物的磁场，这个过程可以解释在一些潮汐破裂事件中观察到的快速相对论性喷流形成。
2017-03-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Do three-body encounters in galactic nuclei affect compact binary merger rates?
通过动力学摩擦和二体弛豫，在星系核中的超大质量黑洞周围可能形成致密残余物的高密度尖点。由于密度高，在SMBH周围轨道上的双星经常会与来自尖点的致密残留物近距离相遇。这会影响星系核中致密双星的引力波合并率。我们研究了这个过程的高精度少体模拟，一个新的Monte Carlo方法进行。我们发现，围绕SgrA* 一样的SMBH，三体相遇的合并数量增加了3倍。这是因为近距离相遇会使双星相对于它们的轨道平面重新定位，从而增加Kozai-Lidov引起的合并的数量。我们得到了一个双黑洞的合并速率为1.6 × 10 ^-6/yr/每个类银河核。
2019-08-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Revisiting with Chandra the Scaling Relations of the X-ray Emission Components (Binaries, Nuclei and Hot Gas) of Early Type Galaxies
我们选择了30个正常的（非cD）早型星系的样本，所有这些星系的光谱是可用的，并已与钱德拉观测到的深度，以确保检测明亮的低质量X射线双星（LMXB）与Lx> 1 e 38 erg/s。这个样本包括了比以前研究的样本更大比例的贫气体星系，并涵盖了广泛的恒星光度，速度色散，GC特定频率和恒星年龄。我们从这些星系的不同重要的X射线组成部分：核，检测到和未检测到的LMXB，日冕活动双星（AB），激变变星（CV），和热气体推导出X射线光度（或上限）。根据M31和M32的Lx-LK比例关系估计AB和CV贡献。未检测到的LMXB的贡献估计通过拟合光谱的未解决的X射线发射和外推的LMXB X射线光度函数。细胞核的结果与Pellegrini（2010）讨论的结果一致。我们导出了星系中LMXB的积分X射线光度与宿主星系LK光度之间的修正比例关系：Lx（LMXB）/LK ~ 1 e29 erg s-1 LK-1（50%1sigma rms），并且得到了比以前发表的更严格的LX（LMXB）/LK - SN关系。我们重新审视了热气体含量和其他星系参数之间的关系。发现LX（气体）-LK关系比文献中报道的更陡，散射更大。我们发现热ISM的亮度和温度之间的正相关性，显着比以前的研究报告更紧密。[删节]
2010-11-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Merging black hole binaries in galactic nuclei: implications for advanced-LIGO detections
基于最近对黑洞双星合并GW 150914引力波的探测，我们研究了大质量星团所在星系核中黑洞的动力学演化。核星团的质量约为10^7兆太阳质量，大小只有几个秒差距，是在局部宇宙中观测到的致密恒星系统，代表了一个坚固的环境，（恒星质量）黑洞双星可以动态地形成，硬化和合并。我们表明，由于它们的大逃逸速度，核星团可以保持大部分的合并残留物，同时也发展得足够快，洞可以下沉到中心区域，在那里他们可以交换新的二进制文件，随后可以硬化和合并。这个过程可以重复几次，并产生几十个太阳质量的黑洞合并，类似于GW 150914，高达几百个太阳质量，而不需要调用极低的金属丰度环境或难以置信的初始条件。我们用半解析的方法来描述大质量星团中黑洞的形成和动力学。我们在核星团中发现了一个单位体积的黑洞双星合并速率约为1.5 Gpc^-3 yr^-1，这意味着高级LIGO每年可能探测到几十个黑洞。我们的模型表明，对于类似于GW 150914（总质量>~ 50 M_Sun，红移z< 0.3）的高质量黑洞双星，其局部合并速率为0.3- 1 Gpc^-3 yr^-1;这一合并速率与动态聚集在球状星团中的高质量黑洞双星相当。最后，我们证明，如果所有黑洞都受到大于~ 50 km s^-1的高出生反冲，那么与球状星团或通过孤立双星演化产生的类似双星的合并速率相比，核星团可能主导双星黑洞的局部合并速率。
2016-08-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Black Hole Binaries in Galactic Nuclei and Gravitational Wave Sources
恒星型黑洞双星是地面探测器探测引力波最有希望的源之一。位于星系中心的核星团（NC）被认为是大质量黑洞（MBH）的避难所，并被其他星系组成部分（如星系凸起）的引力势所束缚。由于黑洞数密度和速度弥散度高，这种NCs环境为BH-BH双星的引力辐射俘获形成提供了有利条件。我们进行了详细的数值研究的形成BH双星的NC使用一系列的N体模拟等质量的情况下。没有引入质量分离。我们导出了双星形成率与影响半径以外恒星系统速度色散的标度关系，并通过对先进探测器探测距离内星系群的双星形成率进行积分，估算了单位共动体积的黑洞双星形成率，从而估算了预期的探测率。我们发现对于银河星系，每个星系核的BH-BH双星的总形成率为10^（-10）/年，并且与MBH的质量M^（3/28）有微弱的依赖关系。我们估计先进的LIGO/Virgo的探测率为0.02-14/年，考虑到几个因素，如动力学演化的NC，恒星的数量密度的变化和MBH的质量范围给出的不确定性。
2015-02-12 astro-ph.GA astro-ph.SR
Kinematic signatures of reverberation mapping of close binaries of supermassive black holes in active galactic nuclei
距离为$\lesssim 0.1$ pc的近距离超大质量黑洞双星（CB-SMBH）是星系合并的最后阶段，它们是低频引力波（GW）的源，但由于它们不能在空间上分辨，在观测上仍然是难以捉摸的。幸运的是，宽发射线到电离连续谱的回声传递了活动星系核（AGN）中心区域中由超大质量黑洞控制的宽线区（BLR）动力学的宝贵信息。在本文中，我们演示了如何复合的混合2维传递函数的二元BLR周围的CB-SMBH活动星系核，提供了一个机会，确定他们从混响映射（RM）数据。研究发现，在傅立叶空间中，CB-SMBH光变曲线的耦合作用导致了传递函数中的变分耦合效应。我们提供了半解析公式的传递函数的气体的运动学地图。对于最简单的变分耦合效应的情况下，我们对几个BLR模型进行了计算，并揭示了与单个活动黑洞的显着区别。原则上，这种差异是由CB-SMBH系统的轨道运动引起的。为了在时域空间搜索CB-SMBH，候选目标的选择应集中在具有H $β$双峰轮廓和较弱的近红外发射的局部活动星系核。未来对目标进行的高保真RM活动将为揭示CB-SMBH的这些运动学特征并因此测量其轨道参数提供机会。
2018-06-18 astro-ph.GA
Tidal disruptions of separated binaries in galactic nuclei
几个星系已经展示出X射线耀斑，这与中央超大质量黑洞对恒星的潮汐破坏相一致。在这个过程的理论处理中，通常假设恒星最初相对于黑洞处于近似抛物线的轨道上。这样的假设导致最简单的近似为热光度的$t^{-5/3}$衰减，这确实与这种耀斑的光变曲线采样相对较差相一致。我们指出，还有另一种制度，其中的衰变将是不同的：如果一个二进制的潮汐分离和恒星，仍然接近孔最终潮汐中断从一个中等偏心率的轨道，衰变较慢，典型的$\sim t^{-1.2}$。因此，对这种耀斑的光变曲线进行仔细取样可以区分这些过程，并深入了解双星和星系中心的单星的动态。我们使用三体模拟和分析处理来探索这个过程，并讨论当今X射线探测和未来引力波观测的后果。
2012-04-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Differential Interferometric Signatures of Close Binaries of Supermassive Black Holes in Active Galactic Nuclei: II. Merged Broad Line Regions
不同阶段的超大质量黑洞对是在星系形成和演化的等级框架下星系合并的自然结果。然而，在观测中具有亚秒差距的SMBH的近距离双星（CB-SMBH）的识别仍然是难以捉摸的。最近，通过光谱天体测量（SA），超大望远镜干涉仪上的重力/重力+实现了前所未有的空间分辨率，为解决CB-SMBH提供了新的机会。具有两个独立宽线区（BLR）的CB-SMBH的微分相位曲线被发现具有与单个BLR \citep{songsheng2019}不同的特征结构。一旦CB-SMBH演化到BLR合并形成环双星BLR的阶段，它将有望在不久的将来被脉冲星定时阵列（PTA）作为纳赫兹引力波源解决。在这项工作中，我们使用一个参数化模型的circumbinary BLR计算线轮廓和微分相位曲线SA观测。我们发现，这两个配置文件和相位曲线表现出不对称性所造成的多普勒增强效应的吸积盘周围的个别黑洞，这取决于轨道参数的二进制和几何形状的BLR。我们还使用该模型生成模拟SA数据，然后通过拟合模拟数据来恢复轨道参数。参数间的退化对参数的不确定性有很大影响，但可以通过多历元SA观测和混响映射的联合分析来缓解。
2023-02-16 astro-ph.GA
Massive binary star mergers in galactic nuclei: implications for blue stragglers, binary S-stars and gravitational waves
星系核通常包含年轻的恒星星族，并且在大多数情况下，中心有一个超大质量黑洞（SMBH）。大多数已知的大质量恒星都存在于双星或更高多重性的系统中，在星系核中，与SMBH的引力相互作用会影响它们的长期演化。本文利用高精度的$N$ -体模拟方法研究了SMBH附近恒星双星的轨道演化，包括引潮力和对运动的后牛顿修正。我们专注于Lidov-Kozai（LK）效应引起的SMBH的大质量恒星双星。我们研究了合并双星的性质随SMBH质量、初始质量函数的斜率、双星轨道参数的分布以及耗散潮中能量耗散效率的变化。我们发现，合并的大质量双星的分数是在范围$\sim 4\%$ -$15\%$的质量和轨道要素的初始分布的细节无关。对于类银河核，我们发现一个典型的二进制合并率$Γ\approx 1.4\times 10^{-7}$年$^{-1}$。大质量双星的合并产物可以是再生的蓝离散星，比它们的原始祖先更大，以及类似G2的物体。在LK周期中幸存下来的双星系统可能是X射线和引力波的来源，可以用现在和即将到来的仪器观察到。
2019-06-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Disrupted Wide Binaries as Dynamical Probes of Galactic Structure
该研究通过模拟含旋转星系棒引力势中宽双星的演化，发现非轴对称结构引发的共振会改变受扰双星的间距分布，可借此定位棒共振并约束其图案速度与振幅，为银河系结构探测提供新的动力学方法。
2024-07-09 astro-ph.GA
Massive black hole binary eccentricity in rotating stellar systems
本文研究了嵌入旋转恒星尖点的大质量黑洞双星的偏心率演化。在观测到反向旋转（相对于MBHB）轨道上的恒星比同向旋转的恒星更有效地从双星中提取角动量之后，MBHB的偏心率演化必须取决于周围恒星分布的同向旋转（反向旋转）程度。使用一个混合方案，耦合数值三体散射的尖点二进制相互作用的分析形式主义，我们验证了这一假设，通过不断发展的MBHB球对称尖点与不同的分数F的共同旋转的恒星。与以前的工作相一致，在各向同性尖点（F=0.5）的二进制倾向于增加其偏心率，当F接近零（反向旋转尖点）的偏心率迅速增加到几乎为1。相反地，具有显著共旋度（F>0.7）的尖点双星倾向于变得越来越不偏心，当F接近1时，圆化速度相当快。直接N体积分进行测试的理论，证实的混合计划的结果，至少在定性水平。我们讨论定量的差异，归因于其起源的混合方法的过度简化的性质。
2011-05-03 astro-ph.GA
Stellar Evolution in the Disks of Active Galactic Nuclei Produces Rapidly Rotating Massive Stars
恒星可以形成于活动星系核的吸积盘中，也可以被吸积盘捕获。这些活动星系核的恒星受到辐射，并受到极端程度的吸积，这可以把即使是低质量的恒星变成非常大质量的恒星（$M > 100 {\rm M}_\odot$），其演变可能导致形成大质量的致密天体（$M > 10 {\rm M}_\odot$）。在这里，我们探索这些活动星系核恒星的旋转和它们留下的残余。我们发现活动星系核恒星通过吸积快速旋转，最终达到近临界旋转速率。它们进一步保持近临界旋转，即使它们脱落外壳，变得紧凑，并经历燃烧后期。这使它们成为产生高自旋大质量黑洞的良好候选者，例如LIGO-Virgo在GW 190521 g中看到的黑洞，以及长伽马射线暴（GRB）和AGN盘的相关化学污染。
2021-02-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Accretion-modified Stars in Accretion Disks of Active Galactic Nuclei: Gravitational Wave Bursts and Electromagnetic Counterparts from Merging Stellar Black Hole Binaries
最近LIGO/Virgo对双星黑洞（BBH）合并产生的引力波（GW）的探测，特别是对可能与类星体有关的GW 190521的探测，重新激发了人们对活动星系核（AGN）作为合并BBH工厂的兴趣。在超大质量黑洞（SMBH）吸积盘的稠密气体环境中，由大质量恒星演化而来的致密天体被大质量包层包裹而形成吸积改性星（AMS）。我们发现，大多数AMS形成双星由于相互之间的引力相互作用，在径向迁移的SMBH磁盘，形成BBHS内的AMS。当BBH诞生时，它的轨道最初由SMBH的潮汐力矩控制。Bondi吸积以超爱丁顿速率自然发展，然后控制其轨道的演化。我们发现，邦迪吸积导致有效地删除的轨道角动量的二元，其最终合并产生GW爆发。与此同时，Blandford-Znajek机制泵出合并BH的自旋能量以产生电磁对应物（EMC）。此外，超爱丁顿吸积到BBH发展强大的外流，并触发邦迪爆炸，这表现为一个EMC的GW爆发，这取决于吸积流的粘度。Bondi球的热辐射是电磁兼容的一种。BBH以LIGO可访问的频率$\sim 10^{2}\,$ Hz辐射GW。
2021-06-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
A Radial Velocity Test for Supermassive Black Hole Binaries as an Explanation for Broad, Double-Peaked Emission Lines in Active Galactic Nuclei
对于在某些活动星系核（AGN）光谱中观测到的宽的双峰巴耳末发射线，人们提出的一种解释是，它们与亚秒差距超大质量黑洞（SMBH）双星有关。在这里，我们通过几十年的监测双峰H-α发射线的速度结构，在13个低红移，主要是无线电响亮的活动星系核测试的二元宽线区域假说。与Eracleous等人（1997）的早期测试相比，这是一个更大的对象集，我们对该论文中研究的三个对象使用了更长的时间序列。虽然系统的径向速度变化可以在它们的许多谱线中追踪到，但它们显然不像那些在圆形轨道上的光谱双星。因此，任何分光双星的周期都必须比监测的跨度长得多（假设轨道是圆形的），而这又要求黑洞的质量比使用诸如混响测绘和恒星速度色散等技术获得的这些物体的质量高出1-2个数量级。此外，双峰巴耳末线轮廓的电离连续体的波动和Ly-alpha配置文件的形状的响应是不兼容的SMBH二进制。因此，二元宽线区假说是不受欢迎的。其他过程明显地塑造了这些线轮廓，并导致双峰的长期速度变化。
2015-12-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Massive black hole binary plane reorientation in rotating stellar systems
研究了旋转恒星系统中大质量黑洞双星轨道面方位的演化，其中恒星尖点的总角动量与双星的总角动量不重合。我们比较直接求和N-体模拟的结果从一个简单的理论模型的预测。我们发现，同样的接触之间的尖星和BHB负责的硬化和偏心率的演变的二进制，导致重新定位的二进制轨道平面。特别是，二进制的角动量是最初的错位相对于恒星的尖端往往重新调整其轨道平面的角动量的尖端上的时间尺度上的几个硬化倍。这是由于恒星和BHB之间的角动量交换在近距离接触，并可能有重要的影响，相对于宿主星系和射电喷流的方向。
2011-11-08 astro-ph.GA
Long-term evolution of massive black hole binaries. IV. Mergers of galaxies with collisionally relaxed nuclei
我们模拟星系之间的合并包含碰撞松弛核周围的大质量黑洞（MBH）。我们的星系包含四个质量群，代表古老的恒星星族;主要目标是了解合并后恒星质量黑洞（BH）的分布。合并之后使用直接求和N体模拟，假设质量比为1：3和两个不同的轨道。二进制MBH的演变，直到它的分离已经缩小了20倍以下的硬二进制分离。在星系合并的过程中，大的核心在恒星分布中被切割出来，半径是大质量双星影响半径的几倍。大部分预先存在的质量隔离在此阶段被消除。我们遵循的合并星系的演化约三个，中央弛豫时间合并后的大规模二元标准，头重脚轻，质量函数被认为是。在恒星分布中形成的核心仍然存在，恒星质量的黑洞的分布在这个基本上固定的背景下演化。即使在一个中心弛豫时间之后，这些模型看起来也与通常假设用于描述大质量BH附近恒星和恒星残骸分布的弛豫多质量模型非常不同。虽然恒星黑洞确实在大致的弛豫时间尺度上形成了一个尖点，但黑洞密度可能比那些模型小得多。我们讨论的影响，我们的研究结果的EMRI问题和Bahcall-Wolf尖点的存在。
2011-09-30 astro-ph.GA
Differential Interferometric Signatures of Close Binaries of Supermassive Black Holes in Active Galactic Nuclei
在本文中，我们探讨的机会，应用重力在超大望远镜干涉测量（VLTI）前所未有的空间分辨率，以确定密切的超大质量黑洞（CB-SMBHs）的活动星系核（AGN）的双星。每个SMBH被假定为单独包围由自己的宽线区域（BLR）与维里化运动的云组成。双轨道运动和云的维里运动的组合决定了每个BLR中的投影速度场和微分相位曲线，这明显不同于单个BLR。计算了CB-SMBHs在重力场下的发射线轮廓和微分相位曲线。对于两个BLR的角动量和轨道运动平行的最简单的情况，相位曲线中通常出现相位平台。对于角动量的其他组合，平台被新的峰和谷所取代，这取决于不同的情况。在给定的组合下，相位曲线对CB-SMBH参数的变化也很敏感。所有这些特征都很容易与已知的单个BLR的$S$形相位曲线区分开来，因此重力场有望从活动星系核的候选者中揭示CB-SMBH信号。通过对混响测绘观测数据的联合分析，我们可以可靠地识别CB-SMBH，同时测量它们的轨道参数。这种轨道参数的独立测量对未来脉冲星定时阵列（PTA）观测低频引力波性质的分析也有意义。
2019-07-02 astro-ph.GA astro-ph.IM
Inward Bound: The incredible journey of massive black holes as they pair and merge; I. The effect of mass ratio in flattened rotating galactic nuclei
了解超大质量黑洞（SMBH）如何配对和合并有助于为偏心，双重和二元AGN的预测提供信息，并为SMBH如何与星系宿主一起成长和共同进化提供关键见解。作为已知最响亮的引力波源，二进制SMBH合并也举行了激光干涉仪空间天线（LISA），欧空局/美国宇航局联合引力波天文台定于2034年发射的中心舞台。在这里，我们继续我们的工作，通过越来越现实的高分辨率直接$N$体模拟来表征SMBH二进制的形成和演化，专注于SMBH质量比，方向和偏心率在旋转和扁平恒星主机的影响。在动力学摩擦阶段，我们发现了一个长期的轨道衰减逆行SMBHs和快速配对的时间尺度相比，他们的同行在非旋转模型，效果变得更加明显，较小的质量比$M_{\rm sec}/M_{\rm prim} = q$。在这个配对阶段，逆行构型的离心率急剧增加，但随着双星的形成，轨道平面翻转，几乎完全倾斜，这抑制了离心率的快速增长。在近轴配置中，SMBH双星形成并保持在相对较低的偏心率。在我们以前的工作中，我们注意到，一个超星系的SMBH双星的质心本身进入一个围绕星系中心的轨道。由于即使最初的逆行双星翻转其轨道平面，我们预计很少有双星在旋转系统中停留在宿主星系的动态中心，虽然这种影响随着$q$的减少而变小。
2019-11-18 astro-ph.GA
The impact of stellar rotations and binaries on the shape of upper main sequence near turn off in open cluster NGC\,6067
本文通过Gaia-ESO光谱研究疏散星团NGC 6067中eMSTO恒星的自转速度，发现自转与颜色正相关，并排除潮汐锁定假说，提出主序前恒星-盘相互作用是导致eMSTO现象的关键机制。
2025-07-19 astro-ph.GA astro-ph.SR
Birth, life, and death of black hole binaries around supermassive black holes: dynamical evolution of gravitational wave sources
本文探讨了超大质量黑洞周围恒星黑洞双星的形成和演化机制。我们发现，动力学相互作用可以有效地驱动“原位”BHB的形成，如果SMBH是由一个巨大的核集群（NC）包围，而轨道分离的星团可以补充SMBH为主的核中的BHB水库。我们讨论了恒星硬化和质量分离的共同作用如何塑造BHB轨道特性。我们使用直接N体模拟，包括后牛顿修正高达2.5阶的研究BHB-SMBH的相互作用，表明Kozai-Lidov机制在缩短双星寿命中起着至关重要的作用。我们发现，合并概率弱依赖于SMBH质量的$10^6-10^9{\rm ~M}_\odot$质量范围内，导致合并率$Γ\simeq 3-8$年$^{-1}$ Gpc $^{-3}$在红移为零。几乎$40\%$的合并在“BH质量间隙”，$50-140{\rm ~M}_\odot$的质量，从而表明星系核是理想的地方形成BH在这个质量范围。我们认为，引力波（GW）源的组件质量$m_1>40{\rm ~M}_\odot$和$m_2<30{\rm ~M}_\odot$将代表一个强有力的指示星系核的起源。这些合并中的大多数可能是本地宇宙中的多波段GW源：几乎$40\%$可能被LISA视为偏心源，几年后，LIGO和爱因斯坦望远镜将其视为圆形源，使DECIGO这样的分赫兹天文台成为独特的仪器，可以在双星螺旋期间进行观测。
2020-02-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Spin Evolution of Stellar-mass Black Hole Binaries in Active Galactic Nuclei
引力波（GW）事件的天体物理起源是LIGO/Virgo发现后最及时的问题之一。在活动星系核（AGN）中，双星通过动力学相互作用和气体耗散有效地形成和演化。以往的研究表明，活动星系核盘中的双黑洞（BBH）合并对GW干涉仪观测到的BBH合并有重要贡献。在这里，我们研究的有效自旋参数$χ_\mathrm{eff}$的GW源人口的分布。我们通过跟踪双星轨道角动量和黑洞（BH）自旋的演化，扩展了活动星系盘中双星形成和演化的半解析模型。BH自旋的变化是由于气体吸积和BH合并，而双轨道角动量的演变是由于气体吸积和双单相互作用。我们发现我们的活动星系核模型预测的$χ_\mathrm{eff}$的分布与LIGO/Virgo O 1和O2期间观察到的分布相似。另一方面，如果BH的径向迁移是低效的，则与所观察到的分布相比，$χ_\mathrm{eff}$向更高的值倾斜，这是因为将使自旋方向相对于轨道平面随机化的散射事件的缺乏。我们认为，高的二进制质量和正相关的二进制质量和标准偏差的$χ_\mathrm{eff}$的啁啾质量高达$\approx 20$ $\mathrm{M}_\odot$，可以是可能的签名合并起源于活动星系核盘。最后，活动星系核盘中的分级合并自然产生了最近GW事件GW 190412的性质，包括低质量比，高初级BH自旋和轨道平面中的显著自旋分量。
2020-07-05 astro-ph.GA astro-ph.HE
Black hole and neutron star mergers in Galactic Nuclei: the role of triples
围绕星系核中的超大质量黑洞（SMBH）的核星团被认为包含大量的黑洞（BH）和中子星（NS），其中一小部分形成双星，并可能通过Kozai-Lidov振荡（KL）合并。三重致密天体很可能存在，因为我们知道大质量恒星的多样性，它们的生命结束于NS或BH。在本文中，我们提出了一个新的可能方案合并BH和NS在星系核。利用直接的高精度$N$体模拟方法，包括后牛顿项，研究了银河核中三重黑洞（BH）或中子星（NS）系统围绕SMBH的演化.我们发现，四体动力学相互作用可以增加合并的KL角窗口相比，二进制的情况下，使BH和NS二进制合并在更短的时间尺度。我们发现，合并分数可以高达$\sim 5$ - $8$倍高于三元组比二元。因此，即使三重部分只是二进制部分的$\sim 10\%$ -- $20\%$，它们也可能对LIGO/VIRGO观测到的合并事件做出相当数量的贡献。
2019-06-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Evolution of supermassive black hole binaries and tidal disruption rates in nonspherical galactic nuclei
二元超大质量黑洞（SMBH）预计将在星系合并过程中自然形成。在动力学摩擦阶段之后，当两个SMBH相互引力束缚，以及一个短暂的初始快速硬化阶段，由于三体与进入双星损失锥的恒星的相互作用，轨道逐渐继续收缩。使用恒星动力学蒙特卡罗代码拉加，我们探讨了共同进化的二进制SMBH和核星团在这个缓慢的阶段，各种组合的参数（几何形状的星团，主/次SMBH质量，初始偏心率，包括恒星捕获/潮汐中断）。我们比较了恒星捕获率在星系核包含一个二进制的星系与一个单一的SMBH。在早期，在二进制SMBH的情况下，速率显著较高，但随后它们下降到较低的水平。只有在三轴系统的二元硬化率和捕获率保持足够高的整个演变过程中。我们发现，硬化率是不受恒星捕获，也不依赖于偏心率，但是，它是较高的黑洞质量之间的差异较大。我们确认，偏心率的二元倾向于增长，这可能会显着缩短合并时间，由于较早的引力波发射的发病。我们还探讨了进入损失锥的轨道的属性，并证明了它仍然是部分完整的三轴的情况下，在整个演化，但在轴对称的情况下显着耗尽。最后，我们研究了喷射超高速恒星的分布和相应的质量赤字的中心部分的星系托管一个二进制，并认为，失踪的质量是难以量化的观测。
2019-01-14 astro-ph.GA
Signatures of rotating binaries in micro-lensing experiments
引力微透镜提供了一个强大的方法，用它来探测各种二元透镜系统，因为透镜的二元性在事件光变曲线中引入了与典型的（单透镜）Paczyboski行为的偏差。通常认为，静态二元透镜可以拟合观测到的光变曲线，而当考虑轨道运动时，通常采用过于简化的模型。在本文中，我们以一种现实的方式对待二元透镜运动，并专注于模拟的事件，以及由Paczyrobski曲线拟合。我们表明，一个准确的时间分析的残差（计算相对于最佳拟合Paczyrobski模型）通常是足以推断的轨道周期的二元透镜。不用说，独立估计的周期可以用来进一步约束通过最佳拟合程序获得的轨道参数，这通常会给出退化的解决方案。我们还对OGLE-2011-BLG-1127 / MOA-2011-BLG-322事件进行了初步分析，该事件已被认为是二元透镜的结果。周期分析得出周期为\simeq 12天，这证实了观测数据在最佳拟合模型附近的振荡。估计的周期性可能与源星的固有变异性有关，因此有机会使用这种技术来研究源星的固有变异性或二元透镜轨道运动引起的影响。
2014-01-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
Black hole and neutron star mergers in galactic nuclei
星系核中围绕超大质量黑洞（SMBH）的核星团包含大量的恒星、黑洞（BH）和中子星（NS），其中一小部分可能形成双星。这些双星被认为与SMBH形成了一个三重系统，SMBH作为一个扰动器，可能通过Lidov-Kozai机制增强BH和NS合并。我们跟进以前的研究，但第一次进行广泛的统计研究的BH-BH，NS-NS和BH-NS二进制合并的直接高精度正则化$N$ -体模拟，包括后牛顿（PN）条款到PN2.5。我们考虑不同的SMBH质量，BH质量函数的斜率，二进制半长轴和偏心率分布，以及不同的空间分布的二进制文件。我们发现，合并率是SMBH质量的递减函数，并且对于BH-BH，BH-NS和NS-NS二进制分别在$\sim 0.17$ - $0.52 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$，$\sim 0.06$ - $0.10 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$和$\sim 0.04$ - $0.16 \ \mathrm{Gpc}^{-3}\ \mathrm{yr}^{-1}$范围内。然而，从这个通道的速率估计仍然高度不确定，并取决于具体的假设，在星系核的恒星形成的历史和紧凑的对象的供应率。我们发现，合并的$\sim 10\%$ -- $20\%$进入LIGO带的偏心率$\gtrsim 0.1$。我们还比较了我们的结…
2019-06-12 astro-ph.GA astro-ph.HE
The reverberation signatures of rotating disc winds in active galactic nuclei
活动星系核中的宽发射线对电离连续谱的变化有响应。其响应的时间和速度依赖性取决于宽线区域的结构：其几何形状，运动学和电离状态。在这里，我们预测的混响签名形成的贝尔旋转吸积盘风。我们使用Monte Carlo辐射转移和电离代码来预测在高亮度和中等亮度活动星系核中代表性的高（C $~IV$）和低电离（H $α$）发射线的速度延迟图。自屏蔽，多次散射和电离结构的流出都是自洽考虑，而在流出的小尺度结构中的微聚团近似建模。我们的主要发现是：（1）平滑/微聚集流出的速度延迟图往往包含显着的负响应。(2)~圆盘风模型的混响特征往往是旋转主导的，甚至可以类似于经典的“红铅蓝”流入特征。(3)传统的“蓝-铅-红”流出特征通常只能在长延迟极限中观察到。(4)我们的模型预测滞后光度的关系类似于从观测中推断的，但系统地低估了观测到的质心延迟。(5)我们的模型预测的“维里积”和黑洞质量的比值依赖于视角。我们的研究结果意味着，在解释观测混响映射活动所获得的数据时，需要相当小心。特别是，“红引蓝”、“蓝引红”和“蓝红共同变化”等基本特征并不总是流入、流出或轮换的可靠指标。这可能有助于解释迄今为止在观测活动中看到的这种签名的令人困惑的多样性。
2017-07-24 astro-ph.GA
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
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
Active galactic nuclei do not exhibit strictly sinusoidal brightness variations
California Institute of Technology（加州理工学院）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理中心）；New York University（纽约大学）
研究发现活动星系核的严格周期性亮度变化极为罕见，多数短周期双星AGN的光变曲线不呈现简单的正弦周期性。
2026-01-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation of discs around super-massive black hole binaries
我们的$10^4M_\odot$湍流分子云在近径向下落到$10^6M_\odot$，等质量超大质量黑洞二进制的演变，使用修改后的版本的SPH代码GADGET-3。我们研究了根据双星和云轨道之间的相对倾角而形成的不同气体结构。我们的第一个结果表明，一个对齐的轨道产生迷你盘围绕每个黑洞，几乎与二进制对齐;一个垂直的轨道产生错位的迷你盘;和一个反对齐的轨道产生一个circumbinary，反向旋转环。
2015-01-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Fate of Binaries in the Galactic Center: The Mundane and the Exotic
银河系中心（GC）被一个超大质量黑洞（SMBH）人马座A $^*$的引力所控制，并被怀疑包含相当数量的双星。这样的双星与SMBH形成等级三元组，经历偏心Kozai-Lidov（EKL）演化，这可能导致双星同伴的共同轨道的高偏心率激发。这种效应会导致恒星碰撞或罗什叶交叉，以及由于潮汐耗散而导致的轨道收缩。在这项工作中，我们研究了这样的双星系统的动力学和恒星演化，特别是关于双星的后主序星演化。我们发现大多数双星（~75%）最终分离成单星，而其余的双星（~25%）经历共同的信封演变和/或恒星合并的阶段。这些天体可以产生许多不同的奇异结果，包括再生恒星、G2类红外过剩天体、剥离巨星、Ia型超新星（SNe）、激变变星（CV）、共生双星（SB）或致密天体双星。我们估计，在250 Mpc半径的球体内，由于这种机制，每年大约有7.5到15个Ia型超新星发生在星系核中，可能被ZTF和ASAS-SN探测到。同样，我们估计，在一个1 Gpc $^3$体积的球体内，每年大约有10到20个紧凑的天体双星形成，它们可能成为引力波源。根据Hoang等人（2018）在星系核中EKL驱动的致密天体双星合并的结果，这种致密天体双星形成率转化为每年约15至30次事件，可被Advanced LIGO检测到。
2019-05-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
