Secular resonant dressed orbital diffusion I : method and WKB limit for tepid discs
在假定自引力无碰撞系统的长期演化时间尺度远大于系统的固有频率的情况下，导出了描述系统在外界扰动下的长期扩散方程.它的二维表述为一个温热的星系盘也推导出使用周转近似。它的WKB极限被发现，而假设只有紧密缠绕的瞬态螺旋持续的光盘。它产生了一个简单的正交扩散系数，提供了一个简单的理解的最大扩散内光盘的轨迹。
2015-04-19 astro-ph.GA
Probabilistic eccentricity bifurcation for stars around shrinking massive black hole binaries
基于久期理论，讨论了有质量次级黑洞以零偏心率坠入的核星团中恒星的轨道演化。我们发现，恒星的偏心率可以表现出急剧的转变，强烈依赖于它们的初始条件。通过研究相空间结构的相关哈密顿量，我们表明，这些特征行为的一部分是由于概率分岔在分界线交叉，导致从逆行拱进动的集群潜力。我们还表明，分界线的交叉点是密切相关的实现一个大的偏心率，并可能是重要的天体物理现象，如潮汐破裂事件或引力波排放。
2017-08-01 astro-ph.GA
The fate of close encounters between binary stars and binary supermassive black holes
位于银河系中心的主序星双星的演化会受到中心超大质量黑洞（SMBH）的严重影响。由于这些微扰效应，稠密环境中的恒星双星可能会通过长期和/或非长期相互作用经历合并，碰撞或喷射。与中央SMBH更直接的相互作用被认为会产生超高速恒星（HVS）和潮汐破裂事件（TDE）。在本文中，我们使用N体模拟研究恒星双星的动力学轨道中央SMBH主要与外部SMBH次要轨道这个内部的三重。研究了次级SMBH对HVS、TDE和恒星合并事件率的影响，并将其作为SMBH-SMBH双星质量比的函数。我们的数值实验表明，相对于孤立的SMBH的情况下，TDE和HVS率增强，分别为最小和最大的质量比SMBH-SMBH二进制文件。这表明观测到的TDE和HVS事件率有可能作为中央SMBH-SMBH双星质量比的诊断。次级SMBH的存在也允许超高速双星的产生。因此，对这些系统的观测可以限制银河系中心存在次级SMBH。
2017-12-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
Relativistic phase space diffusion of compact object binaries in stellar clusters and hierarchical triples
本文研究星团或第三体扰动下致密天体双星的偏心振荡，发现相对论相空间扩散（RPSD）新效应，可在外部轨道时标上改变双星动力学轨迹并可能加速并合。
2023-12-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
The long-term evolution of main-sequence binaries in DRAGON simulations
我们提出了一个全面的调查的主序列（MS）双星的DRAGON模拟，这是第一个一百万粒子直接$N$体模拟的球状星团。我们分析了两个DRAGON模拟，D1-R7-IMF 93和D2-R7-IMF 01的二进制样本的轨道参数，专注于他们的长期演变和相关性高达12 Gyr。这两个模型具有不同的初始恒星质量函数：Kroupa 1993（D1-R7-IMF 93）和Kroupa 2001（D2-R7-IMF 01）;以及不同的初始质量比分布：随机配对（D1-R7-IMF 93）和幂律（D1-R7-IMF 93）。一般来说，双星群体的质量比随着时间的推移而增加，这是由于恒星演化，这在D2-R7-IMF 01中不太重要。在D1-R7-IMF 93中，质量比为$q \approx$ 0.2的原始双星最常见，并且频率始终随着$q$的增加而线性下降。两种模型的动力双星都比原始双星具有更高的偏心率和更大的半长轴。它们优先位于星团的内部。双星轨道参数的长期演化不依赖于初始质量比分布，但对系统的初始双星分布很敏感。在t = 12 Gyr时，二元分数径向向外减小，并且存在质量偏析。在两个星系团的核心和外围之间，$F330W-F814W$和$NUV-y$的色差分别为0.1和0.2等，这反映了星系团中的二元径向分布和质量偏析。原始和动力学双星系统在所有快照间隔的完整数据集是公开的。
2020-11-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Intermediate mass black holes' effect on compact object binaries
虽然它们的存在还没有被观测证实，但中等质量黑洞（IMBHs）可能在星系核动力学中起着关键作用。在本文中，我们忽略了核星团本身的影响，只调查如何一个小水库的IMBHs影响长期动力学的恒星质量黑洞双星，使用N体模拟。我们表明，我们的简化是有效的，IMBHs显着提高二进制蒸发推到山不稳定区域的参数空间，在那里他们被分开的SMBH的潮汐场的二进制文件。对于银河系S星系团区域的双星，IMBH驱动双星合并的情况高达1-6%，假设5个IMBH的质量都在5 pc的范围内，每个质量都是10，000太阳质量。在银河系中心观测到的双星可能强烈地限制了IMBH的数量。
2020-02-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Binary black hole mergers from field triples: properties, rates and the impact of stellar evolution
我们考虑通过大质量场三星的演化形成双黑洞合并。在这种情况下，有利于黑洞双星螺旋上升的条件是由它与遥远伴星的引力相互作用引发的，而不是由标准双星演化模型中的共同包络相引发的。我们使用的代码，遵循自洽的大质量三星的演化，结合长期的三重动力学（Lidov-Kozai周期）与恒星演化。黑洞三重态形成后，其动力学演化可以使用轨道平均运动方程或长期扰动理论崩溃的较弱层次的三重态的高精度直接积分器来计算。在我们的模型中，大多数黑洞合并产生于后一种非长期动力学机制。我们导出了合并双星的性质，并计算了黑洞的合并速率在（0.3- 1.3）Gpc^{-3}yr^{-1}的范围内，如果黑洞轨道平面具有初始随机取向，则合并速率可达~2.5Gpc^{-3}yr^{-1}。最后，我们表明，黑洞合并从三通道有显着更高的偏心率比那些通过大质量的双星或密集的星团的演变。因此，测量的偏心率可用于唯一识别通过三星演化形成的二元合并。虽然我们的研究结果表明，Advanced-LIGO每年最多可探测到10次，但高偏心率可能会使合并的双星更难被计划中的天基干涉仪（如LISA）探测到。
2017-04-19 astro-ph.GA gr-qc
Chaotic dynamics of wide triples induced by galactic tides: a novel channel for producing compact binaries, mergers, and collisions
最近的调查表明，宽（$>10^4$ AU）的二进制和三元组是丰富的领域。我们研究的长期演变的广泛层次的三重系统和银河潮汐（GT）领域所发挥的作用。我们发现，当长期冯Ziepel-Lidov-Kozai和GT振荡的时间尺度是可比的，三重演化变得混乱，导致极端的偏心率。因此，内部双星的近心点接近导致了强相互作用、合并和碰撞。我们使用一种新的长期演化代码来量化的关键参数，并进行了低，中等质量的宽轨道三元组的人口合成研究。我们发现，在低质量宽三重星系的$\sim9\%$中，内部的主序双星在$10\ \rm Gyr$内发生碰撞或潮汐螺旋，直接碰撞的可能性是$6$的$6$倍。对于中等质量样本，系统的$\sim7.6\%$以大致相等的概率合并或螺旋上升。我们讨论了不同的恒星合并/inspiral结果的相对分数作为其演化阶段的函数（主序列，MS;红巨星，RG;或白矮星，WD），其瞬态电磁签名和合并/inspiral的最终产品。特别是，导致Ia型超新星的WD-WD直接碰撞的速率与其他动力学通道相当，并且最多占观测速率的$0.1\%$。RG inspirals提供了一个新的渠道，形成偏心的共同包络演化双星。由于GT的催化合并/碰撞的三倍可以解释一个显着的分数，甚至绝大多数，蓝离散在现场，产生的前身为激变变量，并引起合并/碰撞的双RG二进制文件。
2022-03-11 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Dark matter dynamical friction on binary stars in the faintest dwarf galaxies: I. Analytical approach
Université libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Brussels Laboratory of the Universe – BLU-ULB（宇宙布鲁塞尔实验室）
暗物质主导环境中，双星体的动力学摩擦影响其轨道参数和偏心率振荡，可能增强速度弥散测量中的偏差。
2026-10-16 astro-ph.GA
Compact object binary mergers driven by cluster tides: a new channel for LIGO/Virgo gravitational wave events
LIGO/Virgo探测到的双星黑洞（BH）和中子星（NS）合并产生的引力波激发了人们对双星起源的兴趣。致密的恒星系统-球状星团和核星团-是致密天体双星形成和向合并演化的天然场所。在这里，我们探索了一个新的渠道，在集群中的二进制合并的生产，在该集群的潮汐场secularly驱动器的二进制高偏心率（即使在没有一个中心的大质量黑洞），直到引力波发射变得重要。我们采用最近发展的长期理论的集群潮汐驱动的二进制演化计算目前的合并率BH-BH，NS-BH和NS-NS的二进制，不同的集群潜力和中心浓度的二进制人口（但忽略集群的演变和恒星飞越现在）。与其他机制不同的是，这种新的动态通道可以产生大量的合并到几个pc的集群中心距离。对于NS-NS双星，我们发现合并率的范围$0.01-0.07$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$从球状星团和$0.1-0.2$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$从尖形核集群。对于NS-BH和BH-BH双星，我们发现小的合并率从球状星团，但$0.1 - 0.2$ Gpc $^{-3}$年$^{-1}$的速率从尖核集群，有助于观察到的LIGO/室女座率在百分之几的水平。因此，集群潮汐驱动的合并构成了一个新的渠道，可以进一步探索与当前和未来的引力波探测器。
2019-08-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
Extreme Mass Ratio Inspirals triggered by Massive Black Hole Binaries: from Relativistic Dynamics to Cosmological Rates
极端质量比吸气（EMRI）是紧凑的二元系统，其特征是质量比$q=m/M$在$~10^{-9}-10^{-4}$范围内，并代表即将到来的激光干涉仪空间天线（LISA）的主要引力波（GW）源。虽然他们的标准形成渠道涉及松弛过程偏转紧凑的对象在非常低的角动量轨道上的中央大质量黑洞，一些替代的形成渠道已被提出，包括二进制潮汐分裂，迁移吸积盘和长期和混沌动力学周围的一个大质量黑洞二（MBHB）。在这项工作中，我们对后一种情况进行了广泛的仔细研究，调查了在星系合并后形成的MBHB如何触发EMRI。通过采用一套相对论三体模拟，我们评估的效率EMRI形成不同参数的MBHB，评估长期和混沌动力学的重要性。通过模拟星系核中致密天体的分布，我们估计了由此产生的EMRI形成率，发现EMRI是在急剧爆发中产生的，峰值速率比标准的两体弛豫通道高10-100倍，持续10 $^6$ -10 $^8$年。通过将我们的结果与宇宙MBHB合并率的估计相结合，我们最终预测LISA每年可以观察到由该通道形成的${\cal O}(10)$ EMRI。
2022-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The secular evolution of discrete quasi-Keplerian systems. II. Application to a multi-mass axisymmetric disc around a supermassive black hole
利用Gauss方法，计算了非齐次多质量简并Landau方程的漂移和扩散系数，描述了离散自引力准开普勒薄轴对称圆盘绕大质量黑洞运动的自诱导共振弛豫.对于我们银河系中心的盘状配置，长期扩散引起轨道的绝热扭曲。当考虑一个由多个质量相似分布的圆盘时，较轻的恒星群体将获得偏心率，使其更接近中心黑洞，只要分布函数随角动量增加。由动力学方程正确地恢复了在黑洞附近由于相对论性进动的发散（“Schwarzschild势垒”）引起的试验星扩散的猝灭。双随机朗之万制定产生一致的结果，并提供了一个通用的框架，将其他随机过程。
2017-05-02 astro-ph.GA gr-qc
Merging Binaries in the Galactic Center: The eccentric Kozai-Lidov mechanism with stellar evolution
大多数，如果不是全部的话，在这个领域的恒星诞生在双星配置或更高的多重性系统。在致密的恒星环境中，如银河系中心（GC），许多恒星也被认为是双星。这些双星系统形成了等级分明的三体系统，大质量黑洞（MBH）是第三个遥远的天体。预计双星通过所谓的“偏心Kozai-Lidov”（EKL）机制经历大幅度的偏心率和倾角振荡。这些偏心激发与主序星后恒星演化相结合，可以驱动内双星的合并。我们研究的合并恒星双星的内部0.1 pc的GC所造成的引力扰动，由于MBH。我们运行了大量的蒙特卡罗模拟，包括轨道的长期演化，广义相对论岁差，潮汐和后主序星恒星演化。我们发现，大约13%的初始双星群体将在几百万年后合并，大约29%在几十亿年后合并。这些预期的合并系统代表了GC中一类新的天体，我们推测它们与G2类天体和年轻的恒星星族有关。
2016-05-26 astro-ph.GA astro-ph.SR
Black Hole Binary Mergers in Galactic Nuclei: Combined Effects of Secular Dynamics and Stellar Flybys
Institute for Astronomy, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院天文研究所）；Center for Cosmology and Computational Astrophysics, Institute for Advanced Study in Physics, Zhejiang University（浙江大学物理高等研究院宇宙学与计算天体物理中心）；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所引力中心）；Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所尼尔斯·玻尔国际学院）
本研究建模银心黑洞双星演化，结合长期动力学与恒星飞越的随机扰动，得到并合率约16Gpc⁻³yr⁻¹，且部分并合系统在5Hz低频下有可探测偏心率，或为观测到的并合提供主要来源。
2026-10-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Massive Interacting Binaries Enhance Feedback in Star-Forming Regions
本文提出在星团形成模拟中纳入大质量相互作用双星反馈的新框架，发现其电离辐射可增强三个数量级，显著增大HII区并提高气体能量与压力，证明双星反馈是星团形成区不可忽略的重要机制。
2025-07-03 astro-ph.GA astro-ph.SR
Self-acceleration of Hardening Binaries
School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（自然科学院，高等研究院）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心，牛津大学）
研究揭示硬化双星的 secular 动力学更复杂，介质对双星质心施加净力，引发进动和轨道面旋转，推动质心沿向外螺旋运动，影响超大质量黑洞双星的分布及引力波源。
2026-05-01 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Enhanced tidal disruption rates from massive black hole binaries
“硬”大质量黑洞（MBH）双星嵌入在陡峭的恒星尖端可以通过三体弹弓相互作用收缩。我们表明，这一过程将不可避免地伴随着恒星潮汐破裂的爆发，其速率可以比单个MBH的适当速率大几个数量级。我们的数值散射实验表明：1）初始与主洞结合的恒星中有相当一部分由于与次洞的引力相互作用而被散射到其潮汐破裂损失锥中，这种增强效应对于非常不等质量的双星更为明显;（2）大约25%（40%）的强相互作用恒星被质量比q=1/81（q=1/243）、偏心率为0.1的MBH双星潮汐扰动;两种机制主导着潮汐破裂损失锥的加燃料，一种是Kozai非共振相互作用，它导致双星场中恒星角动量的长期演化，另一种是与次级黑洞的近距离碰撞，它以混沌的方式改变恒星轨道参数.对于一个质量为10^7太阳质量、质量比为0.01的硬MBH双星，如果它嵌入在速度色散σ *=100 km/s的等温恒星尖点中，潮汐破裂率可以高达1/yr。这是4个数量级高于估计一个单一的MBH两体弛豫美联储。当应用到一个假定的中等质量黑洞螺旋吸入到Sgr A* 的情况下，我们的研究结果预测潮汐中断率~0.05-0.1/年。
2009-04-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hydrodynamical Evolution of Black-Hole Binaries Embedded in AGN Discs: II. Dependence on Equation of State, Binary Mass, and Separation Scales
本文通过二维高分辨率流体模拟，系统考察AGN盘中恒星级双黑洞的轨道演化对EOS、质量和间距的依赖，发现非等温盘中较小质量、较宽双星可被高效硬化。
2022-07-03 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Wide nutation: binary black-hole spins repeatedly oscillating from full alignment to full anti-alignment
在2PN黑洞的二元自旋进动的框架内，我们探讨的配置中的两个自旋振荡从被完全对齐的轨道角动量被完全反对齐与它在一个单一的进动周期。这种“宽章动”是黑洞双星自旋章动普遍现象的极限。重要的是，大章动发生在短的岁差时间尺度上，它不是由引力波辐射反应引起的长期效应。因此，当进入这些特殊构型之一时，这些双星的自旋会反复翻转。具有总质量$M$、质量比$q$和质量较大（较小）的黑洞的无量纲自旋$χ_1$（$χ_2$）的双星被允许在双星间隔$r \leq r_{\rm wide} \equiv [(q χ_2 - χ_1)/(1-q)]^2 M$处进行宽章动。更可能广泛章动的源具有相似的质量和接近零的有效自旋。
2019-04-15 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Precession and polar alignment of accretion discs in triple (or multiple) stellar systems
研究了两星以上的等级系统中吸积盘的极向排列机制。在偏心双星系统中，相对于双星轨道充分倾斜的低质量盘通过将它们的角动量对准双星偏心率矢量而相对于双星平面以极配置对准。在HS中，轨道参数的长期演化使得系统的偏心率矢量随时间进动。这种岁差破坏了HS中吸积盘极轨道的稳定性。我们分析表明，在文献中推导出的极性对齐的二元标准是必要的，但不是充分条件，在HS极性对齐。然后，我们推导出一个解析准则的极对齐HS。一般来说，我们发现，光盘轨道的最内层的HS可以去极性。相反地，环绕HS外层的径向扩展的盘不能像环绕圆形双星那样极性对齐和演化。我们通过详细的数值模拟证实了我们的发现。此外，我们的结果是兼容的磁盘轨道相互倾斜的观测分布。最后，我们比较了观察到的分布光盘倾角的二进制和HS人口。双星主要是共面的盘，而HS显示出广泛的盘倾角。我们认为，在HS的结果从长期的轨道参数的振荡（如Kozai-Lidov振荡），而不是从不同的初始条件或HS和双星之间的演变更广泛的倾角。
2023-02-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Orbital evolution of LIGO/Virgo binaries in stellar clusters driven by cluster tides, stellar encounters and general relativity
针对LIGO/Virgo引力波双星起源，提出同时考虑星团潮汐、恒星交会与广义相对论的数值框架BESC，追踪双星内外轨道演化并展示不同物理过程的相对贡献。
2023-10-23 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
