The first supermassive black holes
Aaron Smith, Volker Bromm, Abraham Loeb
我们简要回顾了关于第一个超大质量黑洞种子的想法的历史发展，它们的形成和辐射反馈的物理学，最近的理论和观测进展，以及我们对未来的展望。
We briefly review the historical development of the ideas regarding the first supermassive black hole seeds, the physics of their formation and radiative feedback, recent theoretical and observational progress, and our outlook for the future.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
The first robust evidence showing a dark matter density spike around the supermassive black hole in OJ 287
本文通过分析OJ 287双星数据，首次为超大质量黑洞周围存在暗物质密度尖峰提供了稳健证据，验证了暗物质与黑洞引力相互作用的经典理论。
Science with an ngVLA: Accreting Supermassive Black Holes in Nearby Low-mass Galaxies
ngVLA将促进深度调查，能够探测到低质量（$< 10^9$太阳质量）星系中质量低于100万太阳质量的吸积超大质量黑洞（SMBH）的微弱和紧凑的特征。这将为超大质量黑洞的起源和活动星系核驱动的反馈在目前未探索的质量制度中的可能影响提供重要的新见解。
Slowing down of cosmic growth of supermassive black holes: Theoretical prediction of the Eddington ratio distribution
本文用星系形成的半解析模型给出了宽红移范围（0 < z < 8）内超大质量黑洞的爱丁顿比分布。在低红移时，这个分布与观测估计大致一致。我们发现，在较高的红移的黑洞的增长率更有可能超过爱丁顿极限，因为在较高的红移的主机星系的典型气体分数较高。我们还发现，对于质量较小的超大质量黑洞，超爱丁顿增长更为普遍，支持了超大质量黑洞是通过超爱丁顿吸积形成的观点.这些结果表明了超大质量黑洞宇宙生长的“减速”：具有较高爱丁顿比的超大质量黑洞的生长在较高的红移处达到峰值。我们还显示了样本选择的爱丁顿比分布函数的形状上的效果，并发现，浅的观测将错过活动星系核，不仅更小，而且更高的爱丁顿比。
To test dual supermassive black hole model for broad line AGN with double-peaked narrow [OIII] lines
在这篇文章中，我们提出了一个有趣的方法来测试的双重超大质量黑洞模型的活动星系核与双峰窄\oiii线（双峰窄发射），通过其广泛的光学巴耳末线的性质。在双峰窄发射体的双超大质量黑洞模型下，我们可以预期由观测到的宽巴耳末线性质估计的维里黑洞质量在统计上小于真实黑洞质量（中心两个黑洞的总质量）。然后，我们比较了37个双峰窄发射体和宽巴耳末线的样本与SDSS选择的正常宽线活动星系核和单峰\oiii线的样本之间的维里黑洞质量。然而，我们可以发现，在统计上明显更大的计算维里黑洞质量的37宽线活动星系核的双峰\oiii线比正常宽线活动星系核的样品。因此，我们得出结论：双超大质量黑洞模型在统计上可能并不优于双峰窄发射体模型，需要进一步努力，通过观测到的双峰窄发射线来仔细寻找双超大质量黑洞的候选者.
The contribution of supermassive black holes in stripped nuclei to the supermassive black hole population of UCDs and galaxy clusters
利用 EAGLE 模拟预测受扰星系剥离核中超大质量黑洞的数量与质量，发现其与观测 UCDs 一致，且剥离核可使星系团黑洞数量增加 30-100%，表明 UCDs 是星系团黑洞的重要未计部分。
The Illustris Simulation: Supermassive Black Hole - Galaxy Connection Beyond the Bulge
我们在Illustris模拟中研究了一个局部旋涡星系样本的旋臂形态，并探索了凸起之外的超大质量黑洞-星系连接（例如，旋臂节距角、恒星总质量、暗物质质量和晕总质量），发现与其他理论研究和观测约束很好的一致性。通过观测和模拟来研究超大质量黑洞及其宿主星系的性质，并比较它们的结果，对理解它们的物理和形成历史具有重要意义.我们发现，对超大质量黑洞质量与俯仰角的关系的Illustris预测与观测相当一致，棒星系和非棒星系遵循相似的标度关系.我们的工作表明，Illustris提出了非常紧密的相关性之间的超大质量黑洞质量和大尺度的主机星系的属性，不仅对早期型星系，但也低质量，蓝色和恒星形成的星系。这些在球核之外的紧密关系表明，晕的性质决定了盘状星系和它的超大质量黑洞的性质。
Dwarf galaxies might not be the birth sites of supermassive black holes
局域矮星系中的中等质量黑洞被认为是早期种子黑洞的遗迹。然而，它们的增长可能受到星系合并和BH反馈的影响，因此它们不能被视为早期种子BH人口的示踪剂。
On the Formation of an Eccentric Nuclear Disk following the Gravitational Recoil Kick of a Supermassive Black Hole
两个超大质量黑洞合并过程中引力波的各向异性发射会导致合并后的残余物反冲。我们在这里表明，偏心核盘-偏心，拱点对准轨道的恒星盘-可以直接形成的结果。一个最初的恒星圆盘将与黑洞的反冲方向正交，具有独特的“刻度线”偏心率分布和平均异常的螺旋图案。
Galaxies with Supermassive Binary Black Holes: (III) The Roche Lobes and Jiang-Yeh Lobe in a Core System
本文讨论了含有超大质量双星黑洞的星系系统的三维等势面。本文研究了重要曲面Roche Lobe和Jiang-Yeh Lobe的拓扑转换条件。此外，Jacobi曲面的数学性质进行了分析研究。最后，提出了一个确定罗氏叶和江叶区域的数值方法。
A Supermassive Black Hole in an Ultracompact Dwarf Galaxy
超致密矮星系（UCD）是宇宙中最密集的恒星系统之一。这些系统的质量高达2亿太阳质量，但半光半径仅为3-50秒差距。动力学质量估计表明，许多UCD的质量比从它们的光度所预期的要大。目前尚不清楚这些高动力学质量的估计是由于超大质量黑洞的存在，还是由于非标准的恒星初始质量函数导致平均恒星质量高于预期。在这里，我们提出了一个超大质量黑洞在一个大规模的UCD检测。M60-UCD 1的自适应光学运动学数据显示中心速度色散峰值超过100 km/s，并有适度的旋转。对这些数据的动力学建模揭示了一个质量为2100万太阳质量的超大质量黑洞的存在。这是物体总质量的15%。高的黑洞质量和质量分数表明，M60-UCD 1是一个星系的剥离核。我们的分析还表明，M60-UCD 1的恒星质量与其光度一致，这意味着许多其他UCD也可能拥有超大质量黑洞。这表明存在大量以前未被注意的超大质量黑洞。
Rates of capture of stars by supermassive black holes in non-spherical galactic nuclei
研究了非球形（轴对称，三轴）星系核中的超大质量黑洞对恒星的消耗问题。我们回顾了以前的研究的损失锥问题，并提出了一种新的模拟方法，允许分离出碰撞（松弛相关）和碰撞（相关的角动量不守恒）的过程，并确定其相对重要性的捕获率在不同的几何形状。我们发现，对于质量大于10^7 Msun的黑洞，非球形星系的捕获率的增强是显著的，即使是适度的三轴度也能够将捕获率保持在每哈勃时间黑洞质量的百分之几的水平。
Line Shapes Emitted from Spiral Structures around Symmetric Orbits of Supermassive Binary Black Holes
活动星系核的变率还没有被很好地理解。一个可能的解释是在它们的中心存在超大质量的双黑洞（SMBBH）。预计宇宙中的大合并是常见的。预计每个星系的每个超大质量黑洞最终都将在新形成星系的核心以一个SMBBH系统的形式结束。在这里，我们模拟的活动星系核（AGN）的发射线轮廓假设的流量和发射线形状的变化引起的超大质量双黑洞系统（SMBBH）。我们假设环双星（CB）盘内的吸积气体被每个SMBBH周围的小吸积盘辐射光电离。我们计算了不同参数的SMBBH轨道的发射线通量，位移和形状的变化。我们考虑的情况下，具有不同的质量和倾角的圆形轨道和测量的影响，发射线的轮廓和通量的变化的形状。
Exploring Active Supermassive Black Holes at 100 Micro-arcsecond Resolution
红外波段的超高空间分辨率观测使我们对星系中心超大质量黑洞系统的理解取得了重大进展。红外干涉测量，达到毫角秒到亚毫角秒的分辨率，通过空间分辨到pc尺度，极大地改变了我们对中心结构的看法，从静态到动态。我们也开始测量活跃超大质量黑洞周围快速移动的气体云的动力学结构，其尺度小于光年。随着分辨率和灵敏度的进一步提高，我们将能够直接成像黑洞反馈到其宿主星系的确切位置，并量化这种相互作用过程的影响。在不久的将来，高角分辨率的研究肯定会推进我们对这些黑洞质量的测定，我们甚至可能在星系中心见证二元黑洞系统的存在。
A study of the scaling relation $M_{\bullet }\propto R_{e}σ^{3}$ for supermassive black holes and an update of the corresponding theoretical model
在本文中，我们想比较的理论预测的法律提出的Feoli和Mancini，与最新的实验数据有关的星系和超大质量黑洞。这一定律背后的物理原理是落入黑洞的星际物质的角动量转化为在此过程中发射的辐射的角动量。尽管模型简单，这一法律显示出一个很好的协议与实验数据的早期型星系，而螺旋提出了一个新的方法。
Catalog of supermassive black holes for interferometric observations
本文给出了一个基于开放源的毫米和亚毫米波段干涉观测的超大质量黑洞（SMBH）星表。该星表包括天体名称、坐标、角距离、质量、SMBH引力半径角大小、与SMBH有关的辐射源积分通量，其范围为$20÷900$ ~GHz，被认为可用于事件视界望远镜、未来空间任务毫米波等。该星表用于规划SMBH阴影的干涉测量观测。
Brownian motion of supermassive black holes in galaxy cores
利用基于Langevin方程的半解析模型研究了星系核中超大质量黑洞（SMBH）的动力学行为，包括动力学摩擦和随机噪声对恒星引力相互作用的影响.该模型进行了验证，对直接$N$体模拟的中等质量黑洞的星团中的一个现实的粒子数是可访问的。对于银河系的情况下，我们发现，SMBH经历了一个典型的位移从银河系的几何中心的几个秒差距，与M87兼容的系统参数布朗运动。\keywords {恒星动力学，黑洞物理学，方法：n体模拟，方法：统计。
Supermassive black holes and dark halo from the Bose-condensed dark matter
大多数星系的中心都有超大质量黑洞（SMBH）。其中一些在非常高的红移中被观察到。我们探讨了SMBH形成于玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）相干波的可能性，BEC是暗物质的形成源。我们首先研究了BEC的各向同性和各向异性坍缩。我们发现BEC波很容易坍缩形成SMBH，但实际的角动量完全阻止了坍缩。我们进一步研究了具有吸引相互作用的Axion情形，发现了黑洞与暗晕的中等质量比，并得到了单个星系中黑洞的质量分布函数。
Population Estimates for Electromagnetically-Distinguishable Supermassive Binary Black Holes
区分一个吸积的超大质量黑洞双星系统和一个以相同速率吸积的单个超大质量黑洞的光子输出本质上是困难的，因为大部分光是从黑洞的ISCO附近发出的。然而，有两种可能的信号，可以明显地标记二进制，产生的差距，形成的环二进制吸积流内约两倍的二进制分离。其中之一是一个“缺口”切入这些系统的红外/光学/紫外线的热光谱，其他一个随时间变化的过量硬X射线光度，其周期是双轨道周期的顺序。利用详细的星系演化模拟数据，我们估计了吸积超大质量黑洞双星的质量、质量比和吸积率随红移的分布函数，并将该分布函数转换为这两个潜在信号的预测源计数。在通量水平>~10^{-13} erg~cm^{-2}~s^{-1}时，天空中可能存在~O（10^2）个这样的系统，大多数在红移范围~0.5 < z < ~1。大约10%的周期应该足够短（<~5年），以检测X射线调制;这也是PTA观测的周期范围。
The Ecology of the Galactic Centre: Nuclear Stellar Clusters and Supermassive Black Holes
超大质量黑洞存在于大多数星系核中。这些原子核中的很大一部分还包含一个围绕着黑洞的核星团。在这里，我们考虑的想法，核星团形成的第一和超大质量黑洞成长后。特别是，我们考虑合并的三个星团，形成一个核星团，其中一些集群包含一个单一的中等质量黑洞（IMBH）。在多个星团包含IMBH的情况下，我们讨论了黑洞是否可能合并，以及这种合并是否可能导致合并后的黑洞从核星团中喷出。在某些情况下，没有超大质量黑洞会形成，因为任何合并产物都不会保留。这是一个自然的途径来解释那些含有核星团但显然缺乏超大质量黑洞的星系核; M33是一个附近的例子。或者，如果IMBH合并的产物被保留在核星团中，它可能会随后长大，例如通过恒星的潮汐破裂，形成超大质量黑洞。
Shaping the relation between the mass of supermassive black holes and the velocity dispersion of galactic bulges
我利用超大质量黑洞吸积盘发出的辐射可以加热原星系中周围的气体，从而在星系形成过程中达到流体静力平衡。因此，黑洞质量M_BH和速度色散σ之间的相关性自然出现。即使用M_BH \leq 10^6 M_sun，结果也与观测数据的经验拟合基本一致。这个模型提供了一个清晰的图像，银河系超大质量黑洞的属性是如何与银河系隆起的动力学性质。
Growth of supermassive black holes, galaxy mergers and supermassive binary black holes
星系合并和超大质量双黑洞（SMBBH）的研究是我们理解星系和黑洞在结构形成时期和整个宇宙历史中的组装和（共同）演化的核心。星系合并是主要吸积事件的发生地，它们为类星体提供能量，生长超大质量黑洞，并驱动超大质量黑洞-宿主的标度关系。在它们的中心合并的SMBBH是宇宙中最响亮的引力波（GW）源，并且随后的GW反冲具有各种潜在的天体物理意义，这些意义仍在探索中。未来的GW天文学将为结构形成和星系合并打开一个全新的窗口，包括直接探测合并的SMBBH，高精度测量它们的质量和自旋，以及高红移宇宙中BH形成和演化的限制。
Measuring spin of a supermassive black hole at the Galactic centre -- Implications for a unique spin
我们确定的自旋的超大质量黑洞的背景下discseismology通过比较新检测到的准周期振荡（QPO）的无线电发射在银河系中心，人马座A*（Sgr A*），以及红外和X射线发射与银河系黑洞。我们发现Sgr A* 和银河系X射线源中黑洞的自旋参数都有一个独特的值$\approx 0.44$，这个值小于一般公认的超大质量黑洞的自旋参数值，这为超大质量黑洞的生长过程中黑洞的角动量提取提供了证据.我们的研究结果表明，自旋参数接近平衡值，其中通过吸积的自旋上升是平衡的自旋下降通过Blandford-Znajek机制，无论其初始自旋。我们期望利用QPO测量黑洞的自旋将为探索宇宙中黑洞的演化打开一个新的窗口。
Vortex Lines in Ultralight Bosonic Dark Matter around Rotating Supermassive Black Holes
本文研究旋转超大质量黑洞如何影响超轻玻色暗物质中涡旋线的稳定性与动力学，并分析暗物质和黑洞引力对涡旋线进动等物理性质的作用。
Impact of supermassive black hole growth on star formation
超大质量黑洞是在大质量星系的中心发现的。在这些黑洞的生长过程中，它们会发光，成为可见的活动星系核（AGN），并在电磁波谱中释放出大量的能量。人们普遍认为，这种能量通过所谓的“活动星系核反馈”来调节黑洞所在星系中恒星形成的速度。然而，从观测和理论的角度来看，这种情况如何以及何时发生的细节仍然不确定。我回顾了一些观测结果，并讨论了超大质量黑洞生长对恒星形成的影响可能的观测签名。
Jets, accretion and spin in supermassive black holes
本研究利用带可靠自旋数据的超大质量黑洞样本，探究喷流、吸积与自旋的关联，发现射电光度与自旋弱相关、喷流功率可由带日冕磁场的混合模型解释、射电噪度与自旋显著相关，为AGN射电双峰现象的自旋解释提供观测证据。
Science with an ngVLA: Local Constraints on Supermassive Black Hole Seeds
确定第一个超大质量黑洞的形成和生长机制是河外天体物理学的首要任务之一。观测线索可以从附近低质量星系中大质量黑洞（太阳质量在1万到100万之间）的人口统计中推断出来。下一代甚大阵列（ngVLA）科学书的这一章描述了ngVLA如何在开发低质量星系（接近1 Gpc）中弱吸积活动星系核的大型样本中发挥突出作用，这将有助于限制最初播种超大质量黑洞生长的对象类型。
Supermassive Black-hole Demographics & Environments With Pulsar Timing Arrays
在未来的3-7年内，大阵列（>50个）毫秒双星的精确计时将探测到超大质量双星黑洞的纳赫兹引力波发射。我们回顾了这些探测的科学机会，成功的要求，以及与2020年代运行的电磁仪器的协同作用。
The Millennium Galaxy Catalogue: The $M_{bh}$--$L_{spheroid}$ derived supermassive black hole mass function
利用最近修正的超大质量黑洞质量与宿主椭球体光度之间的经验关系，对千年星系表中的1743个星系进行了超大质量黑洞质量的估算. MGC球状体光度是基于$R^{1/n}$ -凸起加指数圆盘分解。大多数黑洞质量位于$10^6 M_{\odot}$和$2\times10^9 M_{\odot}$的上限之间。使用先前确定的空间密度权重，我们推导出SMBH质量函数，我们适合与Schechter函数。在$10^6< M_{bh}/ M_{\odot} < 10^{10}$上积分黑洞质量函数，得到早型星系的超大质量黑洞质量密度为（$3.8 \pm 0.6) \times 10^5 h^{3}_{70} M_{\odot}$ Mpc $^{-3}$，晚型星系的质量密度为（$0.96 \pm 0.2) \times10^5 h^{3}_{70} M_{\odot}$ Mpc $^{-3}$.误差估计从Monte Carlo模拟，其中包括在$M_{bh}$ - $L$关系的不确定性，宿主球体的光度和内在的$M_{bh}$ - $L$关系的散射。假设超大质量黑洞是通过重子吸积形成的，我们发现（$0.008\pm0.002) h_{70}^{3}$ %）的宇宙重子目前被锁定在超大质量黑洞中。这一结果与我们先前基于$M_{bh}$-$n$（S{é}rsic index）关系的估计一致。
Supermassive black hole growth in hierarchically merging nuclear star clusters
研究通过宇宙学并合树分析星系层级并合，论证超大质量黑洞种子在早期核星团中通过恒星黑洞并合形成，并指出中等质量黑洞、核星团、早期气体吸积及引力波背景等可观测示踪物。
Perturbing the accretion flow onto a supermassive black hole by a passing star
超大质量黑洞的近邻不仅包含吸积气体和尘埃，还包含恒星大小的物体，如恒星、恒星质量黑洞、中子星和尘埃包裹的物体，它们共同形成了一个致密的核星团。这些物体与吸积介质相互作用，它们扰动了吸积流的准静态结构。我们研究如何通过一个恒星可以影响黑洞气体环境与GRMHD的2D和3D模拟。我们专注于吸积率的变化和相关的出现流出斑点的等离子体。
Axion and the Supermassive Black Holes at high $z$
本文研究轴子暗物质在高红移超大质量黑洞形成中的作用，其吸引性自相互作用可解决黑洞高角动量与早期形成的矛盾，并可能解释纳赫兹引力波背景。
Detecting the Orbital Motion of Nearby Supermassive Black Hole Binaries with Gaia
我们表明，为期10年的盖亚任务可以通过天体测量检测附近明亮活动星系核（AGN）中心约1亚秒差距分离的超大质量黑洞二元体的轨道运动。候选活动星系核的红移为z=0.02，在V波段的星等范围$10 \lesssim m_V \lesssim 13$内。可探测的双星质量分布在几倍于$10^7$太阳质量时达到峰值，在几倍于$10^8$太阳质量时被截断。
Supermassive black holes in disk-dominated galaxies outgrow their bulges and co-evolve with their host galaxies
星系和它们的超大质量黑洞之间的深层联系是现代天体物理学和宇宙学的核心。观测到的星系和黑洞质量之间的相关性通常归因于主要合并对两者的贡献。我们利用一个星系的样本，其盘占主导地位的形态表明一个主要的合并自由的历史，并表明这样的系统能够成长超大质量黑洞的速率类似于类星体。将黑洞质量与凸起质量的保守上限进行比较，我们发现，如果创建凸起的过程也是黑洞增长的主要驱动力，则样本中的黑洞通常大于预期。黑洞和星系的总恒星质量之间的关系被发现为合并免费的样品，作为一个样品，经历了大量的合并，表明主要合并并没有发挥重要的作用，在控制星系和黑洞的共同演化。我们认为，更基本的过程，有助于星系组装也负责黑洞的增长。
Direct Collapse Supermassive Black Holes from Ultralight Dark Matter
研究超轻暗物质晕中光子参数共振激发产生莱曼-沃纳光子，以促成超大质量黑洞种子直接坍缩形成。
Black holes and the supermassive compact object at the Galactic center: multi-arts of thought and nature
这是对2020年诺贝尔物理学奖的特邀评论，该奖项授予罗杰·彭罗斯“发现黑洞的形成是广义相对论的一个强有力的预测”，以及莱因哈德·根泽尔和安德烈·盖兹“发现了我们银河系中心的超大质量致密物体”。"
The first supermassive black hole mass measurement in active galactic nuclei using the polarization of broad emission line Mg II
近年来，分光偏振测量提供了一种有效的方法，它是基于活动星系核（AGN）宽发射线偏振面位置角的轮廓。在这里，我们提出了黑洞测量SBS 1419+538使用分光偏振观测的Mg II光谱带。观测是由SAO RAS的6米望远镜使用SCORPIO-2进行的。我们发现一个很好的协议估计超大质量黑洞（SMBH）质量为这个对象使用分光偏振法相比，使用其他方法获得的质量。
Early formation of supermassive black holes via dark matter self-interactions
在标准的天体物理方案中，很难容纳高红移（$z\sim7$）的超大质量黑洞的存在。研究表明，具有次主导自相互作用分量的暗物质模型能够通过重力热灾变产生超大质量黑洞的早期种子。以前的研究使用流体方程的方法，需要一些限制性的假设。在这里，我们重新考虑的问题，使用$N$体引力模拟从最初的暗物质晕的形成。我们认为弹性和耗散散射，并阐明暗物质的微观物理和随后的吸积的黑洞需要匹配所观察到的高红移超大质量黑洞的属性之间的相互作用。我们发现了一个参数空间区域，在这个区域中，一小部分自相互作用的暗物质可以产生观测到的高红移超大质量黑洞。
Simple Fit of Data Relating Supermassive Black Hole Mass to Galaxy Pitch Angle
Seigar等人最近证明了星系中心超大质量黑洞（BH）质量与盘星系旋臂俯仰角之间的一种新的紧密相关性，他们将其归因于其他间接相关性。他们拟合了一个双幂定律，由五个参数控制，BH质量作为间距的函数。注意到他们的拟合曲线的功能，我们表明，一个简单的线性比例的BH质量的余切的俯仰角可以获得相同的拟合，误差范围内。这种直接、优雅的拟合可能有助于揭示相关性的本质。
The relation between black hole spin, star formation rate, and black hole mass for supermassive black holes
本研究利用48个低红移超大质量黑洞样本，通过光谱能量分布多波段拟合探究了黑洞自转、恒星形成率与黑洞质量的关系，发现黑洞质量与自转和恒星形成率呈非单调关系，揭示了小质量黑洞以气体吸积生长而大质量黑洞主要通过并合生长的机制。
Supermassive Black Hole Binaries: The Search Continues
引力束缚超大质量黑洞双星被认为是星系合并和宇宙大尺度结构生长的自然产物。然而，它们仍然难以观测，因此提出了一个问题，与这些系统相关的特征观测签名。在这次会议上，我讨论了目前的理论认识和观测搜索SBHB的最新进展和前景。
Probing supermassive stars and massive black hole seeds through gravitational wave inspirals
我们提出了一个新的引力波发射源：原始超大质量恒星内部致密碎片的螺旋辐射。这样的系统被认为是超大质量黑洞（SMBH）形成过程中的一个重要通道，但人们对此知之甚少。一个模型表明，在原子冷却的原始晕中，$0.1$-1 M $_\odot$ /yr的高吸积率可能导致核燃烧SMS的形成。这最终将通过相对论不稳定性发生坍缩，留下巨大的BH残留物。最近的模拟表明，超大质量恒星很少单独形成，而伴星甚至形成的黑洞可能会被捕获/吸积，并由于气体动力学摩擦而螺旋进入SMS核心。在这里，我们探讨了从这样的吸气产生的GW发射，这可能会探测SMS的形成和演化和第一个超大质量黑洞的种子。我们使用一个半解析的气体动力学摩擦模型的吸气在SMS来表征其属性。我们发现这样的来源可能是潜在的观察到即将到来的空间出生的GW探测器在其形成的红移与引力透镜的好处。密切相关的准恒星合并可能会产生更强的信号，尽管从其他高z事件中消除这种事件可能具有挑战性。
Constraining black hole-galaxy scaling relations from the large-scale clustering of Active Galactic Nuclei and implied mean radiative efficiency
几乎在每一个星系的中心都发现了一个超大质量黑洞。这些黑洞的质量被观测到随着其宿主星系中恒星的总质量或平均（随机）速度而增加。这些相关性的起源仍然难以捉摸。观测系统学和偏差严重限制了我们对超大质量黑洞的局部人口统计学的了解，从而阻碍了这一领域准确的模型比较和进展。在这里，我们表明，当地的活动星系核（AGN），被认为是吸积超大质量黑洞的大尺度空间分布，可以约束的形状和规范化的黑洞，恒星质量的关系，从而绕过分辨率相关的观测偏差。反过来，我们的结果可以对所谓的“辐射效率”设置更严格的约束，这是一个描述超大质量黑洞内部物理的基本参数，与它们的自旋，几何形状和释放能量的能力密切相关。辐射效率的平均值可以通过比较活动星系核的平均总发光输出与现今锁定在星系中心静止超大质量黑洞中的遗迹质量密度来估算。对于目前公认的活动星系核遮蔽分数和热辐射修正值，我们对局部超大质量黑洞质量密度的最新估计支持平均辐射效率约为10-20\%，这表明绝大多数超大质量黑洞都在适度快速地旋转。随着大规模活动星系核调查的上线，我们的新方法将能够对调节超大质量黑洞生长的基本参数进行更严格的限制。
Evidence for Supermassive Black Hole Binaries
本文综述了超大质量黑洞双星的存在证据与观测特征，探讨了其形成机制、与宿主星系的相互作用对引力波信号的影响，以及LISA和脉冲星计时阵列未来的探测前景。
Role of primordial black holes in the direct collapse scenario of supermassive black hole formation at high redshifts
在本文中，我们探讨了吸积原始黑洞作为加热源的塌缩气体的背景下，直接塌缩黑洞的情况下形成的超大质量黑洞（SMBHs）在高红移，$z\sim 6-7$。直接坍塌模型工作的基本要求之一是使下落气体的温度保持在$\approx 10^4$ K。我们表明，即使在现有的丰度限制下，原始的黑洞的质量$\gtrsim 10^{-2} \ {\rm M}_\odot$，可以加热塌陷气体的程度，${\rm H}_2$的形成被抑制。塌缩气体可以将其温度保持在$10^4$ K，直到气体达到临界密度$n_{crit} \approx 10^3$ cm $^{-3}$，在该临界密度下，${\rm H}_2$的旋转振动态接近局部热力学平衡，并且${\rm H}_2$冷却变得无效。在没有${\rm H}_2$冷却的情况下，塌陷气体的温度保持在$\approx 10^4$ K，即使它进一步塌陷。我们讨论的情况下，随后的角动量去除和路线，找到通过超大质量恒星或超大质量磁盘崩溃。
Can direct collapse black holes launch gamma-ray bursts and grow to supermassive black holes?
The existence of black holes (BHs) of mass ~ 10^{9} M_sun at z > 6 is a big puzzle in astrophysics because even optimistic estimates of the accretion time are insufficient for stellar mass BHs of ~ 10 M_sun to grow into such supermassive BHs. A resolution of this puzzle might be the direct collapse of supermassive stars with mass M ~ 10^{5} M_sun into massive seed BHs. We find that if a jet is launched from the accretion disk around the central BH, the jet can break out the star because of the structure of the radiation pressure-dominated envelope. Such ultra-long gamma-ray bursts with duratio…
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。
Light or heavy supermassive black hole seeds: the role of internal rotation in the fate of supermassive stars
超大质量黑洞是星系演化的关键因素。然而，其起源仍有很大争议。在一个主要的形成场景中，$\sim100$ M $_{\odot}$黑洞是由超大质量恒星（$\gtrsim 10^{4-5}$ M $_{\odot}$）的内核坍塌造成的，该恒星是由原始气体在$z\sim 15$新形成的星系中心快速积累（$\gtrsim 0.1 $ M $_{\odot}$ yr $^{-1}$）而产生的。随后的演化仍然是推测性的：超大质量恒星中剩余的气体可以直接进入新生的黑洞，或者它的一部分可以形成一个中央吸积盘，其光度维持周围的大质量和几乎流体静力学的包络（称为“准星”的系统）。为了解决这一点，我们考虑了旋转对准恒星的影响，因为角动量不可避免地被积累的气体输送到星系核。使用一个模型的内部重新分配的角动量，定性匹配的结果从模拟旋转对流恒星信封，我们表明，准恒星的信封质量大于几个$10^{5}$ M $_{\odot} \times (\rm black~hole~mass/100 M_{\odot})^{0.82}$有高度次开普勒气体运动在其核心，防止气体循环外的黑洞的视界。质量较小的类恒星可能会形成，但在吸积光度解开包层之前，它们只能持续$\lesssim 10^4$年，从而抑制黑洞的生长。我们推测，这可能最终导致一个双黑洞种子人口：（i）大规模（$>10^{4}$ M $_{\odot}$）种子形成…
Feeding plankton to whales: high-redshift supermassive black holes from tiny black hole explosions
针对高红移超大质量黑洞早期形成难题，本文提出聚集且蒸发的微小原初黑洞可加热无金属气体云、抑制分子氢形成，从而促成直接坍缩。
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。
Magnetically-levitating disks around supermassive black holes
本文报道了在超大质量黑洞周围磁悬浮吸积盘的形成。这些磁盘的结构计算的磁化星际气体云的潮汐破裂的数值模拟。我们发现，所产生的磁盘是完全支持的压力的磁场对分力的引力指向垂直的磁盘。磁场显示出有序的大尺度几何形状，在我们的数值实验中保持稳定，延长了磁盘寿命的10%。强磁压允许高吸积率和抑制磁盘碎片。这与manetized分子云的反复喂养到一个超大质量黑洞相结合，产生了一个可能的解决方案，长期困扰着星系中心的黑洞增长。
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。
The Next-Generation Very Large Array: Supermassive Black Hole Pairs and Binaries
下一代甚大阵列（ngVLA）有可能成为发现和研究成对超大质量黑洞的主力，无论是在大分离（对偶）还是在紧束缚系统（二元）中。在本章中，我们概述了研究这些超大质量对的科学案例，并总结了可以在无线电波长下发现它们的发现方法：包括形态学，光谱和时域识别。这项工作的一个关键方面是，多信使二进制黑洞的研究可能与ngVLA结合使用脉冲星定时阵列技术的引力波搜索时。然而，长基线干涉测量（>>1000公里）将使这种可能性更大，因为它扩大了红移范围，在这个范围内，可以分辨和研究两个独立的黑洞产生的无线电发射。
The Bardeen-Petterson effect in accreting supermassive black-hole binaries: a systematic approach
盘驱动迁移是富气星系中超大质量黑洞双星演化的关键阶段。除了促进螺旋外，粘性相互作用还倾向于使黑洞的自旋与圆盘的轨道角动量对齐。我们提出了一个关键的和系统的调查这个问题，也被称为巴丁-彼得森效应。我们设计了一个新的迭代格式来求解在相对论标架拖曳和双星伴星影响下的翘曲吸积盘的非线性动力学。我们的特点的影响，光盘的“临界quantiity”，这标志着固定的解决方案不存在的参数空间的区域。我们发现，黑洞的自旋达到完全对齐或临界配置。达到临界结晶度可能意味着流体动力学模拟中观察到的圆盘破裂。我们的发现对于预测超大质量黑洞双星进入引力波驱动区并被LISA探测到的自旋构型是很重要的。
Constraints On The Dynamical Environments Of Supermassive Black-hole Binaries Using Pulsar-timing Arrays
我们介绍了一种技术的引力波分析，高斯过程回归是用来模拟应变谱的随机背景，使用人口合成模拟。这导致了对天体物理参数的直接贝叶斯推断。对于PTAs具体来说，我们插值超大质量黑洞二元环境的参数空间，包括3体恒星散射，和不断变化的轨道偏心率。我们说明了我们的模拟数据的方法，并评估与NANOGrav 9年数据发布类似的数据推断的前景。
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。
Disks Around Merging Binary Black Holes: From GW150914 to Supermassive Black Holes
我们在完全广义相对论下对质量比为36：29的非自旋黑洞双星进行了磁流体动力学模拟。我们调查不同的磁盘模型，不同的规模高度，总尺寸和磁场量化的鲁棒性，以前的模拟初始磁盘模型。将我们的模拟缩放到LIGO GW 150914，我们发现这样的系统可以解释可能的引力波和电磁对应物，例如在GW 150915结束后0.4秒报告的费米GBM硬X射线信号。将我们的模拟缩放到超大质量二元黑洞，我们发现，可观察到的流动特性，如吸积率周期性，整个螺旋，合并和合并后，磁盘温度，热频率的出现，以及合并和喷气流出之间的时间延迟，我们在早期的研究报告显示只有适度的依赖于我们在这里考虑的初始磁盘模型。
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